最早被人類認識和利用的金屬材料是銅及其合金。古人認為天然紅銅只是一種紅色石頭，只能製作供人玩賞的裝飾品。尋找紅銅的過程中自然會發現與紅銅相伴的銅礦石，而一塊鍛打和加熱熔化紅銅和銅礦石使人們掌握了冶銅技術。冶煉這些共生礦得到的不是紅銅而是青銅一類的銅合金，人們進而掌握了青銅的冶煉。

雖然地球上的鐵含量遠比銅為多，然而鐵的使用要比銅晚得多。從世界上各個古代文明的發源地來看，人類最早接觸的鐵是隕鐵。大約在商代中後期中國北方開始使用隕鐵，並已認識到隕鐵比青銅有更好的硬度和強度。

中國古代煉鋼方法可分為兩類。一是以塊煉鐵為原料，採用滲碳技術使其成鋼。二是以生鐵為原料，採取脫碳技術使其成鋼。在鑄鐵的實踐中，工匠又先後創造了鑄鐵脫碳鋼、炒鋼和百煉鋼，南北朝發明灌鋼。到了明代形成了生鐵─炒成熟鐵─灌鋼─錘鍛的煉鋼法。

在中國的冶金史和化學史上，鋅黃銅的冶煉是一項十分重要的成就。在宋元時期，先民以菱鋅礦與赤銅、木炭混合密封燒煉而得銅。到了明代中期，人們已能冶煉出金屬鋅，並直接採用金屬鋅和紅銅合煉。明代嘉靖以前的錢幣都是用錫鉛青銅鑄造，而嘉靖通寶驟然變成清一色的鋅黃銅。

除了黃銅以外，金屬鋅的冶煉亦顯示出中國古代冶金化學技術的發達。鋅是一種化學性質較活潑的金屬元素。在自然界中沒有天然的金屬鋅，閃鋅礦和菱鋅礦是常見的兩種鋅礦石。將鋅礦石和木炭一起加熱冶煉使金屬鋅還原出來，但過程中很難意識到金屬鋅的存在，因此明代中期才冶煉出金屬鋅。

金、銀及鉑、鈀等在化學上統稱貴金屬。雖然金在自然界多數呈游離狀態，卻是人類最早使用的金屬之一。中國先民早在夏商時期已使用黃金，而現今出土的春秋戰國時期的金器不勝枚舉，反映了當時黃金加工技術已有很高水準。

銀是一種白色金屬，在自然界中呈單質狀態的較少，多以硫化物狀態伴生於其他有色金屬礦石中。從考古資料顯示春秋時期就已經開始使用金屬銀。古代熔煉提取金屬銀常採用兩漢時發明的灰吹法，即先將銀熔入鉛中成合金，再在風爐中的灰坯上，利用熔點的差異，除去鉛而留下銀。此後又創造了分離金銀的樹脂法、礬鹽法及硫磺法等。

鉛金屬的熔點僅有攝氏327度，因此人們早在夏代已能熔煉出鉛。從考古資料來看，直到商代後期煉鉛技術得到發展和普及。錫的熔點比鉛還低。雖然冶鑄錫器不難，但由於錫器在低於攝氏13.2度下會使白錫變成粉末狀的灰錫，故出土的早期錫器十分罕見。