如果从使用工具的料质角度进行历史分期，人类首先进入的是石器时代，当时人们只使用那些经过简单加工就能够应用的材料，如兽骨、石块和木头等。
除了少量的铁质陨石和小块天然黄金外，人们最早认识的金属是铜。很可能是人们无意中用含有铜矿物的石头搭建炉灶烧火，由于铜的熔点低，熔化后的铜金属留在灰烬中被人们发现。这些新物质不同于石器，打磨后会发出诱人的光泽，而且可捶打成薄片和其他形状，适于做装饰品。后来人们又发现铜经过加工可制成切削工具，切割坚硬的物体时锋刃只会变形而不易破损，比石刀、石斧强很多。大约公元前4000年，在古埃及与西亚两河流域，铜器开始得到大量使用。
但是，用纯铜制成的工具和武器太软，不过人们很快发现，在冶炼铜矿石时混入一定量的锡，制成的青铜则远比纯铜硬得多。大约公元前3000年，古埃及与西亚地区最早进入青铜时代。
由于铁的熔点为1150℃，比铜高很多，木柴燃烧的温度很难使铁矿石熔化，直到公元前1400年，在两河流域才首先出现冶炼生铁技术。位于小亚细亚的赫梯人是第一个使用铁制武器的民族，他们征服了附近使用青铜武器的其他民族。与此同时，使用铁制武器的多利安人入侵希腊，打败使用青铜武器的原住民，把铁器传入欧洲。
中世纪时，欧洲冶金工匠采用一种能够获得较高温度的熔铁炉，熔融后的铁水灌入铸模，成为铸铁。它比以往的生铁制品更便宜，也更坚硬，因而使铁器得到更广泛的使用，但也导致森林木材被大规模砍伐。18世纪末，英国铁匠使用焦炭代替木炭，由此开始了以煤为主要能源的时代。
法国科学家列奥米尔发现，碳的含量决定着铁的韧性和硬度。人们通过增加炉火的温度以及向熟铁中加入适量的碳，首次制成了更坚硬的钢。但由于繁杂的工艺过程，钢仍然是一种很昂贵的材料，仅用于制造刀剑和弹簧等。直到1856年，英国工程师贝塞麦发明了鼓风炉技术，通过早期金属冶炼送风的方法来提高熔炉温度和控制碳的含量，生产出大量价格便宜的钢材。不久，英国工程师西门子又发明了平炉炼钢法，从此人类进入了钢铁时代。从枪炮、机器、轮船、铁路、桥梁到许多日常生活用品，钢材都得到广泛的使用。
科学家在炼钢过程中发现，适当加入少量的锰，可制成非常坚硬的锰合金钢。随后，人们又尝试向钢中加入钨、铬、铝、镍、钴、钡等元素，制成各种特殊性能的合金钢，如在高温下仍保持高硬度的钨铬合金钢、不怕腐蚀的镍铬不锈钢、具有极强铁磁性的镍钴磁钢等。