Tepelne-odolná oceľ označuje oceľ s vysokou-odolnosťou proti oxidácii pri vysokej teplote a vysokou-pevnosťou. Odolnosť proti oxidácii pri vysokých{4}}teplotách je dôležitou podmienkou na zabezpečenie dlhodobej{5}}prevádzky obrobkov pri vysokých teplotách. V oxidačných prostrediach, ako je vzduch s vysokou{7}}teplotou, kyslík chemicky reaguje s povrchom ocele a vytvára rôzne vrstvy oxidu železa. Táto vrstva oxidu je veľmi pórovitá, stráca pôvodné vlastnosti ocele a ľahko sa odlupuje. Na zlepšenie odolnosti ocele proti oxidácii pri vysokých{10}}teplotách sa do ocele pridávajú legujúce prvky, čím sa mení štruktúra oxidov. Medzi bežne používané legujúce prvky patrí chróm, kremík a hliník. Reagujú s kyslíkom za vzniku hustej a stabilnej oxidovej vrstvy alebo pasivačnej vrstvy, ako je Cr2O3, SiO2 alebo Al2O3, na povrchu ocele na ochranu ocele pred ďalšou oxidáciou. Vyššie množstvo chrómu, kremíka a hliníka má za následok lepšiu odolnosť proti oxidácii pri vysokých{19}}teplotách, ale nadmerné množstvo kremíka a hliníka zhoršuje mechanické vlastnosti a spracovateľnosť ocele. Preto žiaruvzdorná oceľ používa chróm ako hlavný legujúci prvok a kremík a hliník ako pomocné prvky. Stručne povedané, odolnosť ocele proti oxidácii pri vysokých{23}}teplotách súvisí iba s jej chemickým zložením.
Pevnosť pri vysokých{0}}teplotách označuje schopnosť ocele odolávať mechanickému zaťaženiu po dlhú dobu pri vysokých teplotách. Oceľ je vystavená dvom hlavným typom mechanického zaťaženia pri vysokých teplotách: mäknutiu (pevnosť klesá so zvyšujúcou sa teplotou) a tečeniu (pomaly rastúca plastická deformácia v priebehu času pri konštantnom namáhaní). Plastická deformácia ocele pri vysokých teplotách je spôsobená intragranulárnym sklzom a sklzom na hranici zŕn. Legovanie sa bežne používa na zlepšenie-pevnosti ocele pri vysokých teplotách. To zahŕňa pridanie legujúcich prvkov na zlepšenie medziatómovej väzby a vytvorenie priaznivých mikroštruktúr. Pridanie chrómu, molybdénu, volfrámu, vanádu a titánu spevňuje oceľovú matricu, zvyšuje teplotu rekryštalizácie a vytvára spevňujúce karbidy alebo intermetalické zlúčeniny, ako sú Cr23C6, VC a TiC. Tieto výstužné fázy sú stabilné pri vysokých teplotách, nerozpúšťajú sa, neagregujú a zachovávajú si svoju tvrdosť. Pridávanie niklu má za cieľ predovšetkým získať austenit. Austenit má hustejšie usporiadanie atómov ako ferit, čo má za následok silnejšiu medziatómovú väzbu a menšiu atómovú difúziu. Austenit preto vykazuje lepšiu{13}}pevnosť pri vysokých teplotách. Je zrejmé, že pevnosť žiaruvzdornej ocele pri vysokých{15}}teplotách-súvisí nielen s jej chemickým zložením, ale aj s jej mikroštruktúrou.