在鐵基粉末冶金材料中，合金元素起著重要的作用。除了C以外，Cu元素是使用最廣泛的合金元素，此外，還有Ni和Mo等合金元素也起著強化材料性能的作用。
Ni作為可以減小Cu的膨脹作用的元素，被認為是有益元素。它能夠提供高的強度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、高的耐腐蝕性。在通常的燒結溫度下，絕大部分Ni與Fe只能進行固態擴散，且Ni在Fe基體中擴散速率遠低于C、Cu、Mo等主要合金元素，導致Ni在奧氏體中分布不均，而Ni元素作為作為一種強烈的奧氏體穩定化元素，一方面能減緩珠光體的轉變，起到細化珠光體和增加珠光體含量的作用;另一方面在冷卻過程中含鎳燒結鋼中會產生復雜的富鎳組織，對性能有極大的影響。即便淬火處理后，富Ni區仍然為奧氏體，富鎳組織通常夠強化基體并保持一定的韌性和延展性。很多情況下，通常將Cu和Ni復合添加能獲得最佳的綜合力學性能。
選擇熱處理工藝來提高燒結鋼的強度時，C含量是最關鍵的變量。C含量由添加到粉末混合物中石墨和燒結過程中的氣氛控制的，通過影響顯微組織中各相的含量來影響材料的宏觀性能，對于Fe-C成分合金來說，一般在碳含量在0.8wt.%時強度達到最大值，含量過高時會在晶界處和孔隙處形成網狀碳化物，引起明顯的脆化效果。
Mo可以極大提高燒結鋼的淬透性，是Fe基粉末冶金材料中最常用的固溶強化元素，主要通過溶入鐵素體或代替滲鐵體中的部分Fe原子形成合金滲碳體，起到細化珠光體組織和彌散強化效果。Mo還可以促進貝氏體相變提高拉伸強度。
在粉末冶金材料中加入Cu可以起到固溶強化作用，增加材料燒結后的表觀硬度和抗拉強度，同時，往往利用其在燒結時的脹大來平衡Ni的收縮，以使材料達到零脹大、公差精密及高強度;為提高淬透性，Cu往往和預合金化粉末一起用于燒結硬化。但會導致沖擊韌性一定程度的下降。Cu可以在常規燒結溫度下形成液相，可以攜帶其他合金元素快速填充孔隙，提高合金元素均勻性和燒結密度。熱處理后，Cu也增加表面硬度，但因其產生的脆化效果會降低材料韌性和強度。Cu含量過高時會降低零件尺寸的精度。
