Luyện kim là một lĩnh vực của khoa học và kỹ thuật vật liệu nghiên cứu hành vi vật lý và hóa học của các nguyên tố kim loại, các hợp chất liên kim loại và hỗn hợp của chúng, được gọi là hợp kim. Luyện kim bao gồm cả khoa học và công nghệ kim loại. Đó là, cách mà khoa học được áp dụng vào việc sản xuất kim loại và kỹ thuật chế tạo các thành phần kim loại được sử dụng trong các sản phẩm cho cả người tiêu dùng và nhà sản xuất. Luyện kim khác biệt với nghề thủ công kim loại. Cơ khí phụ thuộc vào luyện kim theo cách tương tự như cách y học dựa vào khoa học y tế để tiến bộ kỹ thuật. Một chuyên gia luyện kim được biết đến như là một nhà luyện kim. Khoa học luyện kim được chia thành hai loại chính: luyện kim hóa học và luyện kim vật lý. Luyện kim hóa học chủ yếu liên quan đến việc khử và oxy hóa kim loại, và hiệu suất hóa học của kim loại. Đối tượng nghiên cứu trong luyện kim hóa học bao gồm chế biến khoáng sản, khai thác kim loại, nhiệt động lực học, điện hóa hóa học và suy thoái hóa học (ăn mòn). Ngược lại, luyện kim vật lý tập trung vào các tính chất cơ học, tính chất vật lý và hiệu suất vật lý của kim loại. Các chủ đề nghiên cứu trong luyện kim vật lý bao gồm tinh thể học, đặc tính vật liệu, luyện kim cơ học, biến đổi pha và cơ chế thất bại. Trong lịch sử, luyện kim chủ yếu tập trung vào sản xuất kim loại. Sản xuất kim loại bắt đầu bằng việc xử lý quặng để chiết xuất kim loại, và bao gồm hỗn hợp kim loại để tạo ra hợp kim. Hợp kim kim loại thường là sự pha trộn của ít nhất hai nguyên tố kim loại khác nhau. Tuy nhiên, các yếu tố phi kim thường được thêm vào hợp kim để đạt được các tính chất phù hợp cho một ứng dụng. Nghiên cứu về sản xuất kim loại được chia thành luyện kim sắt (còn được gọi là luyện kim đen) và luyện kim không sắt (còn gọi là luyện kim màu). Luyện kim sắt bao gồm các quá trình và hợp kim dựa trên sắt trong khi luyện kim màu bao gồm các quá trình và hợp kim dựa trên các kim loại khác. Việc sản xuất kim loại sắt chiếm 95% sản lượng kim loại thế giới. Các nhà luyện kim hiện đại làm việc trong cả hai lĩnh vực mới nổi và truyền thống như là một phần của một nhóm liên ngành cùng với các nhà khoa học vật liệu và các kỹ sư khác. Một số lĩnh vực truyền thống bao gồm chế biến khoáng sản, sản xuất kim loại, xử lý nhiệt, phân tích lỗi và nối các kim loại (bao gồm hàn, brazing và soldering). Các lĩnh vực mới nổi cho các nhà luyện kim bao gồm công nghệ nano, chất siêu dẫn, vật liệu tổng hợp, vật liệu y sinh, vật liệu điện tử (chất bán dẫn) và kỹ thuật bề mặt.