若未注明，本节所有“百分比”表述均指原子比例。
奥氏体形成元素
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参见：奥氏体形成元素（英语：Austenite#Stabilization）
根据铁碳相图，钢在室温下组织应当是铁素体或铁素体与碳化物的混合组织，但奥氏体不锈钢中因为含有被称为“奥氏体形成元素”的，与γ-Fe无限互溶且能在室温下保持稳定的合金元素，因而会在室温下保留奥氏体组织。
奥氏体不锈钢，按照主要的奥氏体形成元素可以分为铬镍系和铬锰系两类，铬镍系不锈钢的主要奥氏体形成元素是镍，镍元素同时也能起到提高耐蚀性的作用。在铬镍系不锈钢中，铬含量≥18%（属于铁素体形成元素），镍含量≥8%，甚至存在镍含量达到35~40%的牌号。18%铬-8%镍的合金元素组合（被称作“18-8不锈钢”）是各国奥氏体不锈钢的基础成分比例，因为这一比例既可以得到单相奥氏体组织，又可以满足Tammann定律（德语：Gustav Tammann (Chemiker)）（铬元素和镍元素占比之和为12.5%的整数倍时，合金腐蚀电位发生突然跃升的现象），提升不锈钢的耐腐蚀性能。
如果利用锰代替稀缺而高成本的镍作为奥氏体形成元素，就得到了铬锰系奥氏体不锈钢。锰不能为不锈钢提供耐蚀性，因而需要加入17%以上的铬元素。然而锰元素的奥氏体形成能力较镍更弱，当铬所占质量比超过12%时，无论加入多少锰都无法获得单相奥氏体组织。因此，常用的铬锰系不锈钢中会添加0.3~0.5%的氮元素，或保留4~8%的镍元素，从而得到稳定的单相奥氏体组织。
碳虽然是奥氏体形成元素，但碳元素会在晶间形成碳化物，造成晶间腐蚀，因而在不锈钢中应该避免出现，在常用的奥氏体不锈钢中，碳含量常低于0.08%（中国大陆钢铁牌号首位为“0”者），甚至存在碳含量低于0.03%的超低碳不锈钢（中国大陆钢铁牌号首位为“00”，或美国钢铁牌号末位为“L”者）。
其他合金元素及作用
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加入Mo、Cu、Ti等元素，可以提高不锈钢对于还原性酸（如硫酸、磷酸、盐酸、一些有机酸）的耐腐蚀性[34]；此外，Ti、Nb等强碳化物形成元素的加入可以提高不锈钢的抗晶间腐蚀性能（见“晶间腐蚀”一节），加入Si、Cu元素可以可以提高不锈钢的抗应力腐蚀性能（见“应力腐蚀”一节）。