Tanto desde el punto de vista didáctico, como por el amplísimo uso que el acero tiene en la actualidad, es muy conveniente conocer sus características microestructurales más importantes. Para ello, es fundamental estudiar el diagrama Fe-Fe3C con cierto detalle.
Las cuatro fases sólidas diferentes que aparecen en el diagrama metaestable Fe-Fe3C se denominan: ferrita δ (abreviadamente, δ), ferrita α (abreviadamente, α), austenita (γ) y cementita (Fe3C). A estas fases de equilibrio hay que añadir una fase, martensita, que por ser de inequilibrio no aparece en el diagrama metaestable.
Además, en este diagrama metaestable hay dos microconstituyentes que aparecen como consecuencia de las transformaciones eutectoide y eutéctica. Sus nombres son, respectivamente, perlita y ledeburita.
Además de los constituyentes anteriores, los aceros no aleados presentan en sus microestructuras otros elementos de interés. Entre los que se encuentran más comúnmente, destacan las impurezas, óxidos e inclusiones resultado de la deficiente desoxidación y refino de los mismos. Los óxidos se producen en la superficie de la pieza generalmente, aunque pueden existir ciertos procesos de oxidación interna que los hacen aparecer de color gris pálido a gris oscuro según el tiempo de pulido empleado. Entre las inclusiones destacan las de silicatos y las de sulfuros, principalmente de Mn, que aparecen como granos alargados en la dirección de laminación, con coloraciones oscuras y gris paloma, respectivamente. La observación de estos microconstituyentes es conveniente realizarla previamente al ataque de la probeta metalográfica.