耐熱鋼的成分設計旨在提高材料在高溫環境下的抗氧化性、耐熱性和機械性能。其主要合金元素包括：
鉻（Cr）。鉻是耐熱鋼中最關鍵的合金元素，它能顯著提高材料的熱強性和抗氧化性。鉻能在鋼的表面形成緻密的氧化物層，如Cr2O3，從而保護鋼不受進一步氧化。
鎳（Ni）。鎳在耐熱鋼中起到穩定化作用，提高高溫下的強度和抗蠕變性。
鉬（Mo）。鉬能提高耐熱鋼的高溫強度和硬度，同時有利於保持材料在高溫下的穩定性。
鈦（Ti）、鋁（Al）、釩（V）。這些元素也用於提高耐熱鋼的高溫性能和抗蠕變性能。
此外，耐熱鋼的化學成分通常還包括碳（C）、矽（Si）、錳（Mn）、磷（P）和硫（S），這些元素對耐熱鋼的性能也有一定影響。例如，碳含量通常控制在較低水平（0.1%到0.5%），以減少碳化物的形成，提高高溫化學穩定性。矽、錳等元素也對材料的性能有所貢獻。不同類型的耐熱鋼（如奧氏體型、鐵素體型等）會有不同的成分要求，以適應其特定的套用需求。