由于溶質原子的加工入使固溶體的強度比溶劑金屬的強度高，這一現象稱為固溶強化。固溶強化是溶質原子對位錯的阻礙作用造成的，是利用點缺陷對金屬基體進行強化，表現在兩個方面，一是作為晶體的點缺陷，與位錯發生強性交互作用、化學交互作用、電化學交互作用，以影響位錯運動；一是在固溶體中，形成短程有序結構，以影響位錯運動。它分為間隙式固溶強化和置換式固溶強化兩種。

碳、氮等溶質原子嵌入α-Fe晶格的八面體間隙中，使晶格產生不對稱正方性畸變造成強硬化效應，鐵基體的屈服強度隨著間隙原子含量的增加而變大。碳、氮等間隙原子在基體中和位錯產生強性效互作用，這種碳、氮原子在位錯線附近有規則地排列稱為“氣團”。位錯被“氣團”釘扎時，移動阻力增加使金屬基體產生強化。因為溶質原子在晶格中的作用并不是單純的，除了它自身產生的畸變外，它還會和位錯、溶劑原子發生作用。

置換式溶質原子在基體晶格中造成的畸變大都是球面對稱的、因而強化效能要比間隙式原子小（約小兩個數量級），這種強化效應稱為弱硬化。當溶質和溶劑的原子直徑相差比較小，化學性質也較類似時，置換原子的溶解度極限可以很大，但強化效應卻很小。例如即使含量達到百分之幾十的Co在常溫時溶入α-Fe中，也并未產生明顯的強化作用。隨著元素的類型不同，強化效能相應發生變化。各種元素固溶入α-Fe中時對鐵屈服強度的影響。畦換式固溶元素的弱硬化作用可在基體的韌性、塑性不降低的同時，使基體的強度平緩增加，這對鋼的強化是非常重要的。

由鐵-碳相圖可知，間隙式原子碳在基體金屬中的溶解度極限很小，常溫下碳在α-Fe中的溶解量只能是0.006%，但是碳у-Fe在中的溶解度很大，1148℃時可以達到2.11%，所以可把鋼加熱到у-Fe狀態使碳分大量溶入，然后淬火成馬氏體。間隙原子在鐵素體晶格中造成的畸變是不對稱的，隨著間隙原子濃度增加，塑性和韌性明顯下降。例如：馬氏體中含碳量低于0.2%時，間隙原子都偏聚在位錯線近旁，晶格基本上仍保持體心立方結構，不僅強度很高，而且塑性、韌性很好，含碳量增高時，碳原子在位錯線近旁的偏聚達到飽和，過剩碳原子產生集群化使c/a（晶胞中的棱邊長度用a、b、c表示。）數值變大，造成晶格畸變，使塑性和韌性明顯降低。含碳量達到0.4%時，塑性變差，不易進行冷塑性變形；含碳量繼續增加時，伸長率可降至0.1%以下。

在形成馬氏體的過程中不僅碳原子過飽和，而且置換式溶質原子也呈過飽和平狀態。雖然置換式原子引起的強化相對碳的強化作用可認為是很小的，但如鉬、釩、鈮等置換元素在馬氏體中和碳共存時，在回火過程中會沉淀出來造成強化。

固溶強化是鋼鐵材料主要強化手段之一，間隙式固溶強化對鐵素體基體（包括馬氏體）的強化發揮最大效能的同時，對韌性、塑性也有很顯著的削弱作用；雖然比較間隙固溶的強化作用比較小，但置換式固溶強化在不削弱基體的塑性、韌性同時可以對鐵素體進行強化，這種現象應該在進行強韌性處理時引起注意。