A classificação do aço inoxidável é dependente de sua microestrutura cristalina. A composição química do aço inoxidável contém ferro. Juntamente com o ferro, os aços inoxidáveis também possuem adições de cromo, bem como outros elementos (níquel, cromo ou molibdênio) em sua liga. O teor mínimo de cromo em aço inoxidável é de 11%, o que o impede de enferrujar. O uso de cromo na liga é o que também a torna imune ao calor. A microestrutura de cada classe de aço inoxidável varia com a inclusão de diferentes elementos em sua química em quantidades variáveis. Por exemplo, a microestrutura da austenita, que também está no estudo da cristalinidade de metais, é referida como uma estrutura cúbica centrada na face. A microestrutura do fcc é o resultado da adição de níquel, nitrogênio, ou manganês à liga. Este tipo de composição elementar também melhora as propriedades de resistência à corrosão e propriedades mecânicas da liga.
Por outro lado, a microestrutura do aço inoxidável martensítico é o bct, ou o que é referido como tetragonal centrado no corpo. Sendo uma estrutura altamente tensionada, a composição química do metal tem sido supersaturada com carbono. Outra característica distintiva para ambas as classes de aços inoxidáveis é sua propriedade de temperabilidade, que pode ser influenciada como resultado do calor. As ligas austeníticas do aço inoxidável não podem ser endurecidas com o uso do tratamento térmico. Isso ocorre porque a microestrutura de uma variedade austenita de aço inoxidável permanece a mesma i.e. Fcc, apesar de uma mudança em suas temperaturas ambientais. Portanto, os tratamentos térmicos não funcionam em tais ligas. Por outro lado, o aço inoxidável martensítico pode ser facilmente endurecido pelo uso de tratamento térmico. Ainda, é essa propriedade que torna a liga menos resistente à corrosão quando comparada à classe austenítica do aço inoxidável.
Enquanto os aços inoxidáveis austeníticos tendem a apresentar ductilidade muito alta em termos de formabilidade, as ligas pertencentes ao tipo martensítico tendem a ilustrar dureza muito alta. A dureza destes aços se deve ao teor de carbono supersaturado na química de suas ligas. E porque eles são difíceis, as classes martensíticas também tendem a ser frágeis em alguns casos. Assim, em aplicações que demandam alta tenacidade ou áreas superficiais resistentes, o uso de aço inoxidável martensítico é uma opção viável. Como a variedade austenítica de aço inoxidável é altamente dúctil, os fabricantes podem usá-los para produzir várias formas e formatos. Portanto, a fabricação de tubos, barras, barras ocas, chapas, bobinas, placas, fixadores, acessórios e flanges são muito mais fáceis. De fato, os aços inoxidáveis austeníticos são a categoria mais utilizada em diversas indústrias. O teor de cromo em aços martensíticos é menor do que seus equivalentes austeníticos, razão pela qual sua resistência à corrosão é significativamente menor. O baixo teor de cromo também é o que os torna magnéticos, ao contrário dos graus austeníticos que são não magnéticos devido aos níveis mais elevados de cromo.