铁是具有同素异构的金属。低于912℃时，Fe呈体心立方晶格（α-Fe），在912～1 394℃时，Fe呈面心立方晶格（γ-Fe），在1 394～15 383℃时，Fe又呈体心立方晶格（δ-Fe）。铁碳合金在液态时铁和碳可以无限互溶；在固态时碳能溶于铁的晶格中，形成间隙固溶体。当含碳量超过铁的溶解度时，多余的碳便与铁形成化合物Fe3 C。此外，还可以形成固溶体与Fe3 C组成的机械混合物。
铁碳合金的基本组织有以下5种。
（1）铁素体
碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号α或F表示。它仍保持α-Fe的体心立方晶格。因为α-Fe的间隙半径很小，所以溶碳能力很小，在727℃时最大w C仅为0.021 8%，室温时降至0.000 8%。
由于铁素体的溶碳能力小，所以它的性能几乎与纯铁相同，即强度、硬度低，塑性较好。在显微镜下观察铁素体为均匀明亮的多边形晶粒。铁素体在770℃以下具有铁磁性，而在770℃以上则失去铁磁性。
（2）奥氏体
碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A或γ表示。它仍保持γ-Fe的面心立方晶格。由于γ-Fe的间隙半径较大，所以溶碳能力比α-Fe强，在727℃时w C为0.77%；1 148℃时w C达到2.11%的最大值。
奥氏体的强度、硬度较低，并具有良好的塑性和较低的变形抗力，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工的理想组织。稳定的奥氏体在钢中存在的最低温度是727℃。在显微镜下观察，奥氏体晶粒呈多边形，其晶界较铁素体平直。
（3）渗碳体
铁与碳形成的稳定化合物Fe3 C称为渗碳体，它是一种具有复杂晶体结构的金属化合物。
渗碳体的含碳量为6.69%，硬度很高（＞800 HB），塑性和韧性几乎为零，脆性很大。渗碳体不能单独使用，在钢中总是与铁素体混合在一起，是钢中的主要强化相，它的数量、形态（片状、粒状、网状等）、大小和分布对钢的性能有很大影响。渗碳体在一定条件下可以分解成铁和石墨。
（4）珠光体
珠光体是铁素体薄层（片）与碳化物（包括渗碳体）薄层（片）交替重叠组成的共析组织。珠光体平均含碳量为0.77%。由于细晶强化和第二相强化作用，珠光体组织具有较高的强度和硬度（σb= 770 MPa，180 HB），又具有一定的塑性和韧性（δ= 20%～35%，A KU= 24～32 J），是一种综合力学性能较好的组织。
珠光体适于压力加工及切削加工。
（5）莱氏体
含碳量为4.3%的液态合金，当温度缓慢冷却到1 148℃时，同时结晶出奥氏体和渗碳体的共晶体，称为高温莱氏体，用符号Ld表示。冷却到727℃是奥氏体转变为珠光体，所以室温下莱氏体由珠光体和渗碳体组成，称为低温莱氏体，或变态莱氏体，用符号L′d表示。
莱氏体含Fe3 C 64%以上，硬度很高（＞700 HB），塑性很差，脆性很大，是白口铁的基本组织。
在铁碳合金5种基本组织中，铁素体、奥氏体、渗碳体都是单相组织，是基本相，而珠光体、莱氏体是由基本相混合组成的两相组织。
