稀土元素影响钢中非金属夹杂物的类型、数量和形态;钢中的组织转变;细化晶粒;改善钢的横向性能、冷脆性;抑制回火脆性;提高钢的热塑性、热强性、疲劳性能、耐磨性、抗氢致脆性、抗氧化性;改善焊接性、深冲性等。稀土元素在钢中的作用为:净化作用、变质作用、合金化作用。
根据热力学计算所得出的稀土化合物的标准生成自由焓，显示了稀土元素与周期表中ⅣB族的硅、锡、铅，ⅤB族的磷、砷、锑及ⅥB族的氧、硫、硒等有极强的亲和力。在冶炼时，稀土元素加入钢液中首先与钢液中氧起作用，生成稀土氧化物RE2O3、REO2，能很好脱氧。稀土元素与钢液中硫也起反应，生成稀土硫化物RE2S3、RES、RE3S4、RES2和硫氧化物RE2O2S3，即能脱硫。稀土元素还能与钢中低熔点的锡、铅、磷、砷、锑等形成高熔点的金属间化合物La2Sn、LaP、CeSb等，从而消除了这些杂质元素在钢中的危害，净化钢质。在钢中氧和硫含量范围，稀土元素极易生成稀土硫氧化物RE2O2S。
钢中含少量硫时存在MnS夹杂物，在镇静钢中以第Ⅱ类MnS存在，铸态时沿晶界呈共晶分布，对钢的性能危害最大，显著降低热轧材横向及厚度方向的韧性和塑性。加入稀土元素对MnS起变质作用，把塑性MnS变成高熔点、不变形的稀土变质硫化物或硫氧化物如RE2S3和RE2O2S。当钢中稀土和硫比值达到3时，就可以获得彻底的硫化物形态控制，得到完全的RE2S3。，从而改善了热轧钢的横向塑性和韧性，提高铸钢的塑性，减少过热倾向，并可减轻氢致开裂倾向。即便在低硫(<0.005%s)钢中，适量稀土仍然可使夹杂物形貌进一步改善，热塑性、横向韧性和塑性进一步提高，并且比钙在消除MnS方面更彻底。
稀土元素对氧化物的变质作用使Al2O3转化为硬度较低、热膨胀系数较大的REAlO3和RE2O2S，减少了Al2O3对疲劳性能的危害，对高周疲劳和低周疲劳都很有利。
在铸钢中，稀土元素在钢液中形成的细微夹杂物在凝固过程中作为非自发形核核心，使凝固过程获得高的形核率。稀土元素又是表面活性元素，溶解于钢液的稀土元素可吸附在正在长大的固态晶核表面，形成薄的富集层，降低表面能，阻碍晶体生长，从而降低了晶体长大速率，细化树枝状晶体和抑制柱状晶生长，进而减少枝晶偏析和区域偏析，缩短柱状晶区及细化等轴晶粒。稀土元素还可改善铸钢的铸造性能，增加钢液的流动性，减少自由线收缩。
稀土元素除镧外在钢中形成RE2Fe17或REFe5金属间化合物，这些稀土金属间化合物和镧在铁中有一定的固溶度(在0.04%~0.09%范围)。由于稀土元素的原子半径远大于铁，为减少在基体中引起的畸变能，固溶的稀土原子趋向于与位错、晶界等晶体缺陷交互作用，形成溶质原子的晶界偏聚和溶质气团。稀土元素的晶界偏聚为晶界平衡偏聚。
