ग्रे कास्ट आयरन कास्टिंग मुख्य रूप से लोहे (Fe) से बनी होती है, जो कार्बन (C) और सिलिकॉन (Si) की विशिष्ट मात्रा के साथ-साथ उनके द्रव्यमान का विशाल हिस्सा बनता है। कार्बन सामग्री की सूक्ष्म संरचना का निर्धारण करने वाला प्रमुख तत्व है; अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता में मौजूद, यह आम तौर पर ग्रेफाइट के रूप में अवक्षेपित होता है, जिससे ग्रे कास्ट आयरन की विशिष्ट परत ग्रेफाइट संरचना बनती है।
आयरन, कार्बन और सिलिकॉन के अलावा, ग्रे कास्ट आयरन में मैंगनीज (एमएन), सल्फर (एस), और फॉस्फोरस (पी) जैसे तत्व होते हैं। मैंगनीज ताकत बढ़ाने का काम करता है और सल्फर के साथ मिलकर उसके हानिकारक प्रभावों को कम करता है। सल्फर को आम तौर पर एक हानिकारक अशुद्धता माना जाता है जो कास्टिंग और यांत्रिक गुणों दोनों को ख़राब करता है, जिससे इसकी सामग्री पर सख्त नियंत्रण की आवश्यकता होती है। फॉस्फोरस एक निश्चित सीमा के भीतर तरलता में सुधार कर सकता है, लेकिन अत्यधिक स्तर सामग्री की भंगुरता को बढ़ाता है।
विशिष्ट प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, पहनने के प्रतिरोध, ताकत, या संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए ग्रे कास्ट आयरन में थोड़ी मात्रा में मिश्र धातु तत्व जैसे क्रोमियम (सीआर), तांबा (सीयू), और निकल (नी) - जोड़ा जा सकता है। ऐसे मिश्रित ग्रे कास्ट आयरन का उपयोग अक्सर यांत्रिक घटकों या घिसाव प्रतिरोधी भागों के लिए किया जाता है, जो कठिन परिचालन स्थितियों के अधीन होते हैं।
कुल मिलाकर, ग्रे कास्ट आयरन के गुण किसी एक तत्व द्वारा निर्धारित नहीं होते हैं, बल्कि कार्बन समकक्ष के संयुक्त प्रभाव और विभिन्न घटक तत्वों के बीच संतुलन से उभरते हैं। संरचनागत अनुपातों को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करके, कास्टिंग विशेषताओं और यांत्रिक गुणों के बीच एक इष्टतम संतुलन प्राप्त किया जा सकता है।