Cztery odmiany alotropowe: żelazo α – trwałe do temperatury Curie (768 °C), ferromagnetyk, sieć krystaliczna: układ regularny wewnętrznie centrowany (bcc) typu A2 (komórka elementarna 2,86 Å); żelazo β – trwałe w zakresie 768–910 °C, paramagnetyk, sieć krystaliczna: bcc typu A2 (2,90 Å); żelazo γ – trwałe w zakresie 910–1400 °C, sieć krystaliczna: układ regularny ściennie centrowany (fcc) typu A1 (3,64 Å); żelazo δ – trwałe od 1400 do 1535 °C (temperatura topnienia), sieć krystaliczna: bcc typu A2 (2,93 Å).
Zastosowanie związków żelaza
Żelazo wykorzystywane jest przez ludzi od czasów prehistorycznych. Czas, w którym żelazo stało się głównym surowcem w wytwarzaniu narzędzi nazywa się epoką żelaza; w Starym Świecie zaczęła się ona ok. 1200 lat p.n.e., zaś w Amerykach i w Australii żelazo poznano dopiero po przybyciu nowożytnych kolonizatorów. Koniec epoki żelaza nastał wraz z początkiem średniowiecza albo w XIII wieku, choć według niektórych trwa do dziś. Żelazo wyparło stosowane wcześniej stopy miedzi mające niższe temperatury topnienia.