钢材在交变荷载(方向、大小循环变化的力)的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳破坏。实验证明，钢材承受的交变应力σ越大，则钢材至断裂时经受的交变应力循环次数N越少，反之越多。当交变应力降低至一定值时，钢材可经受交变应力循环达无限次而不发生疲劳破坏。通常取交变应力循环次数取某一固定值(例如N=107)时试件不发生破坏的最大应力值σN作为其疲劳极限。在进行疲劳试验时，采用的最小与最大应力之比ρ叫做疲劳特征值。对于预应力钢筋通常取0.7～0.85，对于非预应力钢筋，通常取0.1～0.8.
钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。从断口可以明显地区分出疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。
一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。钢材的内部组织结构，成分偏析及其他缺陷是决定其疲劳性能的主要因素。同时，由于疲劳裂纹是在应力集中处形成和发展的，故钢材的截面变化、表面质量及内应力大小等可能造成应力集中的因素都与其疲劳极限有关。例如钢筋焊接接头的卷边和表面微小的腐蚀缺陷，都可使疲劳极限显著降低。当疲劳条件与腐蚀环境同时出现时，可促使局部应力集中的出现，大大增加了疲劳破坏的危险性。