金屬冶煉是把金屬從化合態變為遊離態的過程。由於金屬單質的活潑性不同，冶煉的方法也不同，有：電解法：電解熔融金屬鹽，冶煉生成單質的活潑金屬（如鈉、鈣、鉀、鎂等）和需要提純精煉的金屬（如精煉鋁、鍍銅等）。電解法相對成本較高，易造成環境汙染，但提純效果好。還原法：用碳、一氧化碳、氫氣等還原劑與金屬氧化物在高溫下發生還原反應，獲得金屬單質。冶煉的金屬主要有鐵、錫、鉛、銅等。用受熱分解法冶煉的金屬是汞和銀。用物理法篩選的金屬是鉑和金。
在古代，鍊鐵的原料主要是富鐵礦石（赤鐵礦）。把它與木炭混合後，放在煉爐中點火鼓風，進行冶煉。木炭燃燒，既造成高溫，又生成還原氧化鐵的一氧化碳。實際上需要的冶煉溫度要在1000C以 上。按照一般的發展規律，原始的冶鐵可能只是利用自然通風或用皮橐鼓風，溫度不會太高。生成的鐵不致液化，所以產品是半熔融狀態的鐵塊，礦石中的其他未還原物質和岩石類雜質（礦渣）不能離析出來，便與鐵形成一個熔塊，因此得趁熱反覆鍛打，擠出其中大部分的夾雜物。這種鐵就叫做塊鍊鐵。
生產這種鐵費工多，勞動強度大，生產效率也低。但它含炭極低，接近於純鐵，熔點雖高，但質地柔韌，易於鍛造加工。隨著冶煉技術的提高，人們不斷加高鍊鐵爐的身高，強化鼓風，鍊鐵爐逐步從地坑式發展成豎爐式，燃燒強度就會加大，產率就會提高。但也引起新的問題，隨著冶煉溫度的升高，鐵中滲入的炭量也會增加，礦石中的矽、硫、磷經過還原後也會滲入鐵中，這樣便會得到另一品種的鐵，即生鐵。因含矽、硫、磷等雜質，熔點會降到1150°C 左右。固然容易獲得鐵水，與爐渣可以較好地分離，也便於鑄造，而且生鐵質地堅硬耐磨。但也出現了嚴重的缺點，即非常脆，幾乎完全失去了鍛造的效能。
我國這兩種冶鐵工藝在相當長的一段時間裡是共存的。塊鍊鐵雖然工效低，但工藝和裝置簡單，產品又有優良的鍛造效能，在炭火中進行滲炭，即可成鋼，因而是古代鍛造鐵和鋼的重要原料，它適應了當時社會鍛制兵器和工具的需要。自春秋晚期以後，歷代的以塊鍊鐵或以它為原料的滲炭鋼所鍛造的器物幾乎都發現了。
例如大冶銅綠山古礦井出土了鍛制鐵工具；西安半坡戰國中晚期墓葬出土了鐵鑿；河北易縣燕下都出土了各類鍛造兵器；河北滿城漢墓出土了鐵兵器，包括中山靖王劉勝的鎧甲（由2859片鍛鐵甲片綴成），它們都是塊鍊鐵的製品。即使在西漢末期發展出了炒鋼技術以後，塊鍊鐵仍然流行，例如北京順義縣東漢磚石墓出土的鐵器、陝西唐代懿德太子墓出土的鐵剪、北京元大都順承門外（今宣武門內）出土的長鐵刀，還都是用塊鍊鐵（或夾炒鋼）鍛制的。
我國古代的生鐵則先後發展出了四個品種。白口鐵出現最早，江蘇六合縣程橋出土的鐵丸和長沙出土的鐵鼎都是典型的白口生鐵製品。其中所含的碳以碳化鐵狀態存在，這種生鐵質硬而脆，斷口呈銀白色。它的優點是耐磨，所以適合製作犁鏵之類的農具。我們的祖先很快就給它找到了恰當的用武之地。
第二種生鐵是灰口鐵，因為其中含矽較多，而它能促使鐵中的碳石墨化。因此小片的石墨使這種鐵的斷面呈灰色，而基體變成了含碳低的鐵，所以其脆性減小。這種鐵的鑄造效能好，凝固收縮小，適用於鑄造較精巧的物品。目前最早的灰口鐵出自滿城漢墓，是用來製作車。上的鐧（軸承）。由於灰口鐵中含有石墨片，有一定的潤滑作用，所以製作軸承正是它的專長。
第三種是麻口鐵，其效能介於。上述兩種生鐵之間，在銅綠山和滿城漢墓都出土了麻口鐵製品。第四種是韌性鑄鐵。當把白口鐵加熱、保溫後，緩慢冷卻時，其中的碳便會以團絮狀石墨析出，而基體相當於低碳鋼或中碳鋼，這種過程現在叫“退火”，我國古代把這種工藝叫做“柔化處理”，所得的生鐵就是韌性鑄鐵，這是冶金史上的一項重大發明。這種處理技術，我國先民早在戰國時期就開始摸索，在兩漢至南北朝期間得到了廣泛的發展，出土的韌性鑄鐵器物則不勝列舉。
歷來的生鐵主要消耗在鑄造各種農具、車具上。另外還有一些別的利用，說來饒有趣味。南宋以後曾用生鐵大量鑄造炮身，有的炮身長達數米，重量從數百到數千斤不等；西漢中山靖王墓的夾牆裡、唐代乾陵墓道的砌石間、著名的隋代趙州橋的石塊間原來都澆灌了生鐵水，難怪堅固無比，這。種工藝叫做“冶金固隙”；河北滄州後周所造的鐵獅子是用10餘萬斤生鐵鑄造的；山西晉祠的四個大鐵人則是趙宋時的大型生鐵鑄件；浙江雁蕩山能仁寺裡的大鐵鍋，直徑達2。2米，註明宋代元祐七年（公元1092年）造，重達27 000斤。此外，古代鑄造的鐵塔很多，泰山有一座明代嘉靖間鑄造的鐵塔，13層，全高竟達10多米。
