鋼軌鋼的主要元素是碳和鐵，并根據(jù)強度和硬度的需要增加其他化學元素，同時限制磷和硫等有害元素的含量。同一種類型的鋼軌中，不同爐號和生產(chǎn)批次，其化學元素也有一些差別，所以鋼軌中的化學元素含量是一個范圍。
     碳(C)是鋼軌抗拉強度的主要來源，一般含量為0.65%，但一般小于0.82%，如含碳量過大，則會使鋼軌的伸長率、斷面收縮率和沖擊韌性下降。
     錳(Mn)可提高鋼軌強度和韌性，并去除有害的氧化鐵和硫類夾雜物，如鋼材中的含錳量超過1.2%，則稱為高錳鋼，鋼材的硬度，抗沖擊性，耐磨性能能得到較大的提高，但錳對鋼軌的焊接有不利影響。
     硅(Si)易與氧結(jié)合，除去鋼中的氣泡，增加鋼的致密度，如在鋼軌中的含硅量較高，則也能提高鋼軌的耐磨性能，如鋼中SiO2以非金屬夾雜物存在，則往往是鋼軌的疲勞傷損源。
     磷(P)是有害成分，如鋼軌中含磷過多，則就會出現(xiàn)冷脆性，在嚴寒地區(qū)，易造成鋼軌斷裂。
     硫(S)也是有害成分，如鋼材中含硫過多，則當鋼軌溫度達到800~1200℃時出現(xiàn)熱脆性，造成鋼軌軋制或熱加工過程中鋼軌斷裂，出現(xiàn)大量廢品。一般要求磷和硫的含量都小于0.04%，但國外有些鋼軌磷和硫的含量達到或小于0.015%。
     此外，目前世界各國也生產(chǎn)合金軌，即在鋼軌中加入釩(V)、鉻(Cr)、鉬(Mo)等，以提高鋼軌的材質(zhì)，滿足高速鐵路的要求。