弹簧需要具备优异的坚韧特质，以便增强其抵抗疲劳损坏和防止性能衰退的性能，其材质必须拥有卓越的屈服力度和弹性上限，特别是屈强比值必须十分突出。一般情况下，材料的弹性极限和屈服强度相互关联，所以弹簧的设计与制造者都期望材料拥有较高的屈服强度值。弹簧所用材料的抗拉强度和屈服强度数值接近，例如冷拔碳素钢丝的抗拉强度大约是屈服强度的百分之九十上下：由于抗拉强度比屈服强度更便于测量，在材料交付环节通常提供的是抗拉强度数据，因此在进行弹簧的设计和制造工作时，都以抗拉强度作为参考基准。材料的抗拉能力并非数值越大越优，过高的强度会损害材料的延展性和回弹能力，使其更易碎裂。材料承受拉力的大小，取决于其构成元素、内部构造、加热处理过程、冷加工（如拉伸或压延）的力度，以及其他增强手段。抗拉能力与耐久性之间存在关联，当抗拉能力低于1600兆帕时，材料的耐久性会随着抗拉能力的提升而增强。材料的疲劳承受能力跟它的抗拉极限大致上有关联，其中 表示材料在反复受力时的耐久程度。
材料要有好的塑性和韧性，因为在弹簧生产时需要承受不同层次的加工形变，所以对材料的可塑性有要求。比如，制作形状复杂的拉伸和扭转弹簧时，它们的钩环和扭臂部分，当弯曲半径非常小的情况下，在加工卷绕或冲压弯曲成型过程中，弹簧材料都不能产生裂纹、折断等瑕疵。弹簧在遭遇冲击性外力或者变动性外力时，其构成材质必须具备优异的韧性特质，这种特质对于延长弹簧的实际运用年限具有显著的帮助作用。
弹簧的表面质量与抗疲劳能力密切相关，其工作期间表面承受较大应力，而疲劳断裂多数源于钢丝表面缺陷，因此对于应用于关键位置的弹簧，例如气门用弹簧、阀门用弹簧和悬挂系统用弹簧，都需具备数百万次、数千万次乃至更长时间的耐久性，这对材料抗疲劳特性设定了严苛标准。材料疲劳特性的决定因素为数不少，包括其化学构成、坚硬程度、钢材的纯净状况、表面状况以及金相构造等，其中表面状况尤为关键。材料表面的瑕疵，诸如裂纹、褶皱、鳞片、锈迹、凹陷、刮痕和压痕等，都易于在弹簧运作时引发应力汇聚。应力汇聚的位置，往往成为疲劳断裂的起始点。表面容易首先出现疲劳源，因为脱碳层厚度需要严格把控，这是质量的关键点之一。为了提升弹簧材料的表面品质，可以实施磨光或抛光处理，在拉拔钢丝前，通过剥皮工艺去除材料表层，这样能消除大部分表面瑕疵。弹簧进行热处理时，可以选用控制气氛或真空方式，以避免表面脱碳和氧化现象。
弹簧的尺寸要求十分精确，很多弹簧在承受负荷方面有严格标准，例如气门弹簧的负荷波动不允许超出额定负荷的百分之五到百分之六，以圆形钢丝制成的拉伸或压缩弹簧为例，倘若钢丝直径出现百分之一的误差，其负荷就会产生大约百分之四的偏差，这充分说明，保证弹簧的尺寸精确度，对于确保弹簧性能至关重要。
材料成分均一性，力学性质稳定，尺寸误差控制，这些标准都要达标。性能参差不齐，弹簧制造困难重重，导致形状不规则，硬度和承重能力波动大，极端不均一还会让产品成为废料。
要达成前述性能指标，弹簧用钢材需具备卓越的冶金特性，其化学构成必须严格把关，纯度要高，杂质要少，非金属类夹杂物亦需严格控制其种类、粒度及分布状况。钢材的均一性与稳定性同样重要。此外，钢材表面状态要理想，不能有脱碳现象，同时形状和尺寸精度也需达到很高水准。
现阶段弹簧钢主要通过电炉或转炉制造，这类设备能耗高，处理量大，在确保钢材品质的前提下，具备成本效益，适用于制造机械用弹簧。针对要求具备优异使用性能的弹簧，当前普遍采用钢包精炼、真空脱气等炉外处理工艺，例如实施钢包吹氩操作，利用钢包精炼炉进行熔炼，以及执行真空处理流程，目的是精确控制化学成分，减少气体以及各类非金属杂质的含量。还运用了非金属杂质管控方法，调控杂质的形态、尺寸和散布，例如投入钙线、喷射钙末等使杂质内含氧化钙，并控制其尺寸；在冶炼环节，通过调节脱氧材料和炉渣组分来变更杂质的构成，使其在热压时易于发生塑性形变。采用RH精炼工艺，能大幅减少氧含量，因而明显增强抗疲劳性能。
弹簧钢制造现已运用连续铸造工艺，这种工艺与模铸法相比，能够借助电磁搅拌、低温浇铸等手段，降低钢的成分偏析，增强材料的一致性；可以减少二次氧化，改善钢材的表层脱碳现象；有助于使钢的内部结构和性能保持稳定且均匀；能够提升原料的利用率和制造效能；同炉外精炼技术结合使用时，可以降低钢中的含氧量，并且精确调控其化学成分。
弹簧钢材的尺寸偏差、截面形态、表面品质（涵盖表面脱碳层厚度）以及钢材沿长度方向显微组织均匀性的标准持续提升，国外因而选用纵列式全连续轧机，并持续优化以达成高速、无扭、无张力轧制。为确保钢材尺寸的精确度，会采用短应力线或预应力轧机。
弹簧材料中的化学成分以铁和碳为主，为了确保弹簧能在各种环境下可靠工作，需要在碳素弹簧钢中掺入其他金属成分，这样就能赋予材料碳素弹簧钢本身不具备的优异特性，例如显著的回弹能力、良好的穿透硬化效果以及较强的抗锈蚀能力等，各种金属成分在弹簧材料中的具体功能分别表现为
碳是钢里必不可少的化学成分，弹簧钢里碳的含量介于0.3%到1.2%之间，碳素弹簧钢里碳的含量在0.60%到0.90%之间，合金弹簧钢里碳的含量在0.46%到0.75%之间。碳的含量越高，钢的坚硬程度和抗压能力就越强，不过钢的柔韧性就会变差，容易变得易碎。
锰元素在弹簧钢中的含量大约为百分之一，这种成分的益处在于能够提升钢的淬透能力，并且使强度增加，同时减少了脱碳的可能性，然而也存在一些不足之处，比如对过热现象较为敏感，容易产生回火脆性，并且在淬火过程中也更容易出现开裂的情况。
硅元素在碳素钢里的含量一般不会达到0.37%，主要是在炼钢时充当除氧剂使用。对于含有硅的合金弹簧钢，其硅含量介于0.70%到2.80%之间。硅能够进入铁素体内部，导致铁素体大幅增强，进而提升了钢材的整体强度和屈服强度比值。此外，硅还能增强钢的淬透能力，并提高其回火时的稳定性。但是弹簧钢里的硅成分不可以太多，否则会导致钢材的晶粒变得粗大，进而提升其石墨化的可能性。
铬(Cr)有助于提升钢的淬透效果，也能使晶粒变得更为细小，这种金属是打造具备高抗疲劳能力弹簧的合金钢中的关键成分，一旦(Cr)的含量超过13%，就能展现出优异的耐腐蚀特性，从而成为制造弹簧用不锈钢时不可或缺的添加物质，不过铬元素会诱发回火脆性现象，因此经过回火处理之后，必须迅速冷却，以此防止回火脆性的出现。
镍(Ni)是一种在我国储量不丰的金属，弹簧钢中基本不用，主要存在于奥氏体不锈钢里。这种金属主要用来构成稳定的奥氏体结构，铬镍奥氏体组织特别稳定，即便在高温下长时间工作也不会变脆。
钒属于一种能形成高熔点碳化物的元素，这种碳化物是钒与碳结合而成的，其熔点极高，在合金弹簧钢中只需添加微量的钒，就能显著起到细化晶粒的效果，例如50CrVA钢里钒的含量仅占0.1%到0.2%，加入钒之后弹簧钢的晶粒会变得更细，材料的过热敏感性会降低，同时钢的静态强度和抗疲劳能力也会得到增强
钨主要用来增强钢的淬透能力，提升其耐热程度，这样弹簧在高温环境中依然能维持较强的力量和弹性，钨还能使晶粒变得更细，例如广泛应用的弹簧材料65Si2MnWA，这种材料的淬透性和耐热性都比50CrVA要好。
硼元素能显著增强弹簧的淬火能力，只需添加极其少量的硼，比如十万分之几的质量比，就能产生非常突出的效果。在硅锰弹簧钢中掺入微量硼，就能大幅提升其淬透性，而在某些用于承受高温的合金弹簧材料里加入硼，也能有效提升材料的持久力。
铝、钛、铌这三种元素主要添加到弹簧用不锈钢以及其他特殊用途弹簧材料中，主要作用是增强材料的抗腐蚀能力，或者与镍、钼等元素形成沉淀硬化相，从而发挥沉淀强化的效果。
钴属于恒弹性金属，这种金属在3J21和3J32合金里充当关键成分，能让弹簧材质拥有卓越的抗拉强度，同时其弹性常数随温度变化的情况十分轻微。不过钴是一种价值较高的合金成分，除非有特殊需求，否则一般不会随意采用。
铜是铜合金的基本构成成分，经常与锡、磷等元素结合制造出具有弹性的铜合金材料，例如锡磷青铜就是由铜和锡、磷构成的，硅青铜则是由铜和硅、锰构成，铝青铜由铜和铝构成，铍青铜由铜和铍构成。以铜镍为主要成分的蒙乃尔弹性合金，其抗腐蚀能力非常出色。
铍主要用于铜中制造铍青铜，这种合金具有良好的弹性特征。不过铍存在毒性，同时其成本也相当高昂。
这些合金成分能够单独掺入，也能组合多种成分掺入，多种成分组合的效果要远超单个成分单独掺入效果的总和，因此当前新研发的弹簧钢，在合金成分方面，都更倾向于少量多种的方案。
钢材中除了前述有益成分，难免混杂部分有害杂质，例如硫磺、磷等。此类杂质会削弱钢材的延展性与抗折能力，使其更易呈现脆性状态，由此产生的夹杂物将显著缩减弹簧的使用期限，因此这两种不良元素在钢材中的比例须尽可能降低。
