Bijih besi adalah setiap batuan yang mengandung sejumlah besi yang dapat digunakan. Mineral bijih umum termasuk hematit, magnetit, limonit, dan siderit, dan ini sering ditemukan bersama dengan berbagai macam silikat. Meskipun besi tidak terjadi dalam bentuk murni di alam, beberapa jenis bijih mengandung hingga 70% atom besi. Bijih besi terdiri dari oksigen dan atom besi yang terikat bersama menjadi molekul. Untuk membuat besi murni, seseorang harus mendeoksigenasi bijih, hanya menyisakan atom besi, yang merupakan inti dari proses pemurnian.
Untuk membujuk atom oksigen menjauh dari bijih membutuhkan panas dan pasangan atom alternatif agar oksigen dapat terikat. Karbon mengisi peran ini dengan baik, dan tersedia dalam bentuk arang sehari-hari, atau kokas, suatu bentuk karbon yang terbuat dari batu bara. Atom karbon berikatan dengan oksigen dalam bijih untuk menciptakan karbon dioksida dan karbon monoksida, gas yang keluar dari cerobong asap. Karena bijih besi biasanya mengandung silikat, yang tidak terikat pada karbon, ini tetap berada di dalam besi setelah dimurnikan, menciptakan besi tempa, bentuk logam yang mudah dibentuk dan kuat yang digunakan oleh pandai besi sepanjang sejarah.
Untuk membuat bentuk besi yang lebih murni, yang dikenal sebagai pig iron, batu kapur harus ditambahkan ke dalam campuran dan panasnya ditingkatkan. Ini dilakukan secara kontemporer dalam struktur mirip silo yang dikenal sebagai tanur sembur. Kalsium dalam ikatan batu kapur dengan silikat dalam bijih, menciptakan bahan yang disebut terak, yang mengapung di atas besi cair murni. Besi secara berkala dikeringkan ke dalam cetakan dari port di bagian bawah tanur tinggi, di mana ia mendingin. Besi kasar kemudian dapat diubah menjadi besi tempa dengan mencampurnya dengan silikon, atau diproses lebih lanjut untuk membuat baja.
Baja adalah suatu bentuk besi yang dicampur dengan karbon 0.5% – 1.5% tetapi tidak mengandung oksigen, silikat, atau pengotor lainnya. Logam ini jauh lebih sulit untuk dikerjakan daripada besi tempa, tetapi jauh lebih kuat. Besi dapat dicampur bersama dengan berbagai elemen lain untuk membuat paduan dengan sifat yang diinginkan, seperti ringan atau tahan terhadap karat (baja tahan karat).
Karena besi sangat umum (terbentuk 5% dari kerak bumi), kuat, dan relatif mudah diproses, ia memainkan peran yang sangat dekat dalam peradaban manusia. Sekitar 98% dari semua bijih yang dikirim ke seluruh dunia digunakan dalam produksi besi atau baja. Deposit permukaan berlimpah tersedia di sebagian besar wilayah geografis. Peradaban kuno yang mencapai tingkat ambang teknologi yang dibutuhkan untuk melebur bijih besi menikmati keunggulan yang menentukan atas pesaing mereka, yang senjata perunggu dan tembaganya tidak sebanding dengan besi.