ลึกลงไปใต้ผิวโลกจะมีแร่โลหะต่างๆ กระจายอยู่แร่บางชนิดจะมีมากในบางที่หรือบางส่วนของโลกแร่บางชนิดอาจอยู่ปนกัน เช่น แร่ดีบุกกับแร่ทังสเตนในพื้นที่บางแห่งจะมีแร่บางชนิดอยู่มากและมีแร่ชนิดอื่นน้อยมาก หรือไม่มีอยู่เลย เช่น ทางภาคใต้ของประเทศไทยมีแร่ดีบุกอยู่มาก เมื่อพบว่า แห่งใดมีแร่อยู่จะมีการสำรวจทางธรณีวิทยาด้วยวิธีต่างๆเพื่อให้รู้ชนิดของแร่ ปริมาณ และจำนวนเนื้อแร่(เปอร์เซ็นต์แร่) เพื่อที่จะประมาณการได้ว่า พอที่จะทำเหมือง หรือนำขึ้นมาใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมหรือไม่ (การขุดหาเพื่อนำเอาแร่โลหะหรือแร่อื่นๆ มาใช้ทำประโยชน์เรียกว่า การทำเหมืองแร่) การทำเหมืองแร่มีหลายวิธี เช่น แร่ที่อยู่บนผิวดินหรือลึกจากผิวดินไม่มากนัก จะขุดหรือตักแร่เรียกว่า การทำเหมืองเปิด เช่น การขุดแร่บอกไซต์ (bauxite) เพื่อใช้ทำอะลูมิเนียม แร่ที่มีสายแร่อยู่ลึกลงไปใต้ดินมากๆจะต้องขุดทำอุโมงค์ลงไป เช่น การทำเหมืองทองคำการทำเหมืองถ่านหิน แร่บางชนิด เช่น แร่ดีบุกอยู่กับดินหรือดินทราย อาจใช้น้ำฉีดให้แร่ดีบุกและดินทรายหลุดออก แล้วแยกเอาแร่ดีบุกซึ่งหนักกว่าออกจากดินและทรายอีกชั้นหนึ่ง การทำเหมืองแร่วิธีนี้เรียกว่า การทำเหมืองฉีด เมื่อได้แร่โลหะจากเหมืองแร่แล้วจะนำไปผ่านกรรมวิธีเพื่อให้ได้โลหะที่บริสุทธิ์ (หรืออาจจะไม่บริสุทธิ์) เรียกวิธีการนี้ว่า การถลุงโลหะ การถลุงโลหะอาจใช้ความร้อนเป็นหลัก หรืออาจใช้วิธีการทางเคมีหรือการแยกด้วยไฟฟ้า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะ ปัจจุบันนี้มีโลหะที่ใช้ทำประโยชน์ในด้านอุตสาหกรรม และงานด้านวิทยา-ศาสตร์อยู่เป็นจำนวนมาก โลหะบางชนิดหาได้ยากและถลุงยาก จึงมีราคาแพง เช่น ทองคำขาว (plati-num) แทนทาลัม (tantalum) ส่วนโลหะที่หาง่ายและถลุงไม่ยากมีราคาถูก เช่น เหล็ก และอะลูมิเนียม เป็นต้นฅ
หลักฐานทางประวัติศาสตร์เท่าที่พบในขณะนี้ยังไม่สามารถนำมายืนยันแน่ชัดว่ายุคโลหะเริ่มที่ใดแต่สันนิษฐานว่า ยุคโลหะเริ่มในเอเชียตอนกลางบริเวณประเทศอียิปต์เมื่อประมาณห้าพัน-หกพันปีก่อนพุทธศักราช ทองแดงเป็นโลหะที่มนุษย์นำมาทำประโยชน์ โดยได้จากการถลุงแร่ทองแดงด้วยถ่านไม้ และนำทองแดงที่ถลุงได้ไปหล่อเป็นของใช้ ภาชนะอาวุธ และเครื่องประดับ นอกจากการทำสิ่งต่างๆ จากทองแดงด้วยการหล่อแล้ว ยังมีการตีขึ้นรูปโดยใช้ค้อนหิน จึงนับว่า มนุษย์ได้เริ่มเรียนรู้เรื่องของโลหะวิทยาเกี่ยวกับการถลุงโลหะ การหล่อโลหะ และการขึ้นรูปโลหะจากโลหะชนิดนี้
ประมาณ ๓,๕๐๐ ปีก่อนพุทธศักราช ได้มีการพบโลหะชนิดใหม่อีกหลายชนิด เช่น เงิน ตะกั่ว และดีบุก ดีบุกเป็นโลหะที่มีลักษณะคล้ายตะกั่ว เมื่อพบตอนแรกๆ ไม่มีผู้สนใจ แต่เมื่อลองเอาดีบุกละลายผสมกับทองแดงได้โลหะชนิดใหม่มีสีอ่อนกว่าทองแดงแต่มีคุณสมบัติที่ดีกว่าทองแดงและดีบุกมาก คือแข็งกว่าและเมื่อทำเป็นอาวุธคมกว่าทองแดงมาก โลหะผสมนี้เรียกว่า สัมฤทธิ์ (bronze) นับเป็นโลหะผสม (alloy)ชนิดแรกที่มนุษย์ค้นพบ และเป็นโลหะที่นิยมใช้มากในยุคนั้น โดยใช้ทำอาวุธ เสื้อเกราะ ภาชนะต่างๆของใช้ และเครื่องประดับ ในยุคนั้นจึงได้ชื่อว่า ยุคสัมฤทธิ์ (Bronze Age) ถึงแม้ว่าในยุคต่อมามีการใช้เหล็กเป็นโลหะหลักก็ตาม แต่สัมฤทธิ์ยังเป็นโลหะที่มีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมจนถึงปัจจุบันนี้
๙๐๐ ปีก่อนพุทธกาล ชาวฮิตไทต์ (Hittites) ซึ่งเป็นกลุ่มชนที่มีอำนาจในเขตเอเชียไมเนอร์ บริเวณตอนใต้ของทะเลดำ ได้พบวิธีถลุงเหล็กจากแร่เหล็กหลังจากนั้นความรู้เกี่ยวกับการถลุงเหล็กได้กระจายไปยังประเทศต่างๆ ในทวีปยุโรป จนเกิดอุตสาหกรรมถลุงเหล็กขึ้น เนื่องจากเหล็กมีคุณสมบัติหลายอย่างเหนือกว่าสัมฤทธิ์ เช่น แข็งกว่า เหนียวกว่า ใช้ทำอาวุธทุกชนิดที่มีอำนาจการทำลายเหนือกว่า มนุษย์จึงหันมาใช้เหล็กทำเครื่องมือเครื่องใช้ต่างๆ โดยเฉพาะเครื่องมือในงานช่าง และที่นิยมมากที่สุดคือใช้ทำอาวุธ เช่น ดาบ หอก และปืน อุตสาหกรรมเหล็กได้พัฒนาไปถึงการทำเหล็กกล้า (steel) ซึ่งมีคุณสมบัติดีกว่าเหล็กธรรมดา เพราะนอกจากจะแข็งและเหนียวกว่าแล้ว ยังสามารถเพิ่มความแข็งโดยการอบชุบ (hardering) ได้ดีอีกด้วย ต่อมาได้มีการทำเหล็กกล้าเจือ (alloy steel) ซึ่งเป็นเหล็กที่มีคุณสมบัติดีเด่นเฉพาะขึ้นไปกว่าเหล็กกล้าธรรมดา ปัจจุบัน มีเหล็กกล้าผสมหลายร้อยชนิด แต่ละชนิดก็มีคุณสมบัติเฉพาะ และเหมาะแก่การใช้งานที่มีลักษณะพิเศษออกไป
