炼钢过程的脱碳、脱硫、脱磷、脱氧、去除钢中气体和钢中非金属夹杂物以及合金元素的去留;简而言之，即“四脱、二去”及合金化。炼铁是铁矿石还原的过程(例如在高炉中)，原料中的不少元素可还原入铁。它们中有有益元素如C、Si、Mn等，也有有害元素如S、P等，还有某些矿石中含有的V、Nb、Ti等，其大部分或局部被还原到生铁中。炼钢则是一个氧化过程，如何保留有益元素，排除有害杂质，使钢达到必要的性能，这是炼钢物理化学的中心问题。
生铁含碳很高，一般大于2.5%。大量的碳使得生铁性脆，不能进行冷、热加工以制成各种半成品或材料。因此在炼钢过程通过氧化去除多余的碳。钢的性质与其含碳量有关，为达到所炼钢种的适宜含碳量及适宜的浇注温度，必须研究炼钢脱碳反应机理。
脱硫、脱磷 硫、磷来源于炼铁时所用的原料，即铁矿石、冶金焦及熔剂。硫使钢铁“热脆”，而磷使钢铁“冷脆”。在适当条件下，硫在高炉炼铁过程中可去掉大部分，而另一部分必须在炼钢过程中去除。矿石中的磷则全部被还原进入生铁，必须在炼钢过程中去除。通常炼钢脱硫反应和炼钢脱磷反应均须在适当温度下通过适当组成的炉渣来完成。对于合金钢，为避免合金元素的氧化，有时脱硫、脱磷必须在还原气氛下来完成。
炼钢过程用氧气(或Fe2O3)进行氧化，导致钢液含有大量溶解氧(以[O]表示)，它会使钢在轧制过程中龟裂，不能成材。因之，在钢液凝固之前，必须在炉内或炉外将钢中的氧脱除。
体 炼钢是在大气下进行的;加入的熔剂石灰或铁合金等经常含有水分，因此钢液中会有一定量的以原子形式存在的氢和氮，即[H]和[N]。氢造成“氢脆”(即白点)，氮能与合金元素生成氮化物影响钢的性能。而过量气体会造成钢锭气泡。因而钢液在凝固前或在凝固过程中必须进行脱气处理。
脱氧生成的氧化物或化合物，以及脱硫生成的硫化物均不溶于钢液，在钢液凝固时形成非金属夹杂物存在钢内，大大地影响钢的性能，特别是钢的强度和冲击韧性。在钢液凝固前使夹杂物上浮排除，并且控制凝固过程形成夹杂物的形态和分布，是炼钢物理化学的一个研究课题。
生铁如含铌或钒，采取适当工艺可使它们先行氧化进入渣中，再从渣炼制铁合金。使用铁合金及炼制合金钢时，研究合金元素的加入顺序及方法，可避免或减少合金元素的烧损。
