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简单来说，日本刀的材料主要为「玉钢」(Tamahagane)。不过，「古刀」期的刀剑所用的物料和制作法门都已经失传。以现时的科技可以分析出刀剑完成品的化学成份，但是不能准确推算出炉火处理前的物料成份和炉火处理的温度、时间、次数、焠火方法等数据。能够流传下来，最早的制刀法门主要来自「江户」时代的记载。 不同的刀工流派，在不同的年代，都有不同的制刀方法，以下只能约略列出一般典型的制刀步骤：
第一步. 「水挫」 (Mizuheshi)
又称为「水减」。即是将「玉钢」加热并锤打成厚度为约 5mm 的薄片。听起来像是很简单的工序，其实不然... 为了控制钢材的含碳量 (含碳量的保留 / 流失)，加热的次数有严格限制；而且「玉钢」的硬度在其续渐冷却时会有所改变。只有经验老到的刀匠才能准确把握施锤力度的变化，在限定的加热次数下将「玉钢」打炼成厚薄均一的薄片。 钢片成形后，刀匠会用水将其急速冷却。含碳量足够的部份会自然碎落，作为制刀的材料。刀匠要对钢片的温度和用水的份量有极准确的把握，才能够收集到含碳量合适的材料。余下的部份，刀匠会留待将来再用。 以现代材质学的角度来看，这个步骤算是刀匠控制钢材含碳量的手法。
第二步. 「小割」 (Kowari)
将钢料打碎成 2 到 3 cm 长短的细块。不碎的部份就是含碳量过低，有些刀匠会用这个来制作刀剑的「芯铁」。
第三步. 制作烧台
烧台将会成为刀身的一部份，所以必需以优质的「玉钢」制造。(烧棒不是刀身部份，可以用任何钢料制作。)
第四步. 「积重」 (Tsumikasane)
将「小割」工序所得的碎钢块一层一层的焊接在烧台之上，如此热力就可以均匀传递。钢块的热黏性对焊接的效果有决定性的影响，而热黏性则取决于钢材的纯度和含碳量，所以选用「玉钢」和进行第一步的「水挫」工序是必要的。 不同的刀工流派有不同的焊接方式... 平行排列的焊接称为「短册锻」，交差排列的称为「拍木锻」，十字形排列的称为「木叶锻」或「十文字锻」。 以锻造一支「刀」(「打刀」) 为例，就需要积聚约 2 到 3 kg 的钢材。
第五步. 「积沸」 (Tsumiwakashi)
将「积重」工序办好的物料放回炉火，以确保钢料能够完全焊合。为确保钢料与空气完全隔绝 (以免炉火消耗钢材中的含碳量) 和容许细慢而均匀的热力处理，置入炉火前刀匠会将钢料用沾满泥汁和稻草灰烬的和纸将钢料紧紧包好。刀匠必需小心掌握炉火的温度和加热的时间。
第六步. 折返锻炼
日本古时一直未有机会发展高温炼炉的技术，要炼制均质的刀剑就非常困难。为克服如此问题，唯有应用「折返锻炼」的技术。 将「积沸」工序办好的钢料返复折迭，重回焊接，只消重复 10 次，就可以造出有 1024 层的钢材 (2 的 10 次方)；层次愈多，钢材中的碳和各种成份就会更加均一，铁晶体也会更细致，制成品的强度亦会较高。 (注：不过层次太多的话，即代表钢材在炼炉中的时间太长，钢材中的碳含量亦会流失太多，制成品的硬度就会受到影响，锋利程度亦会有所限制。一般来说，日本的刀剑通常不会经过 15 次以上的折返锻炼。) 在「折返锻炼」期间，不断的锤打会令钢材中一大部份的杂质化为火花飞走。杂质是钢材的「强度弱点」，损害往往由「强度弱点」开始，慢廷至材质的整体，成为全面的损坏。「强度弱点」的数目愈少，慢廷破坏的机会也随之减少。所以，钢材愈纯净，其强度和韧性就会愈高。 世界各地以高温炼炉制成的刀剑，成形后都会有铁晶体肥大的问题。根据热力学的解译，在高温炼制过程中，细少的铁晶体为减少其数目 (减低总表面积)，会自行互相结合，重组成数目较少，体积较大的铁晶体。如此一来，钢材的强度就会受到影响。所以，以高温炼炉制成的刀剑在焠火之后 (即是将白热的钢铁投到水 / 油中冷却)，必须重新置回低温炉火数小时，令细少的铁晶体在原有的晶体之间重新结晶，回复强度和韧性。不过，长时间的炉火锻炼又会令碳含量过份流失，影响制成品的表面硬度和锋利程度。 相对于西方的刀剑，以低温炼炉 (低于摄氏 1000 度) 炼制的日本刀，铁晶体一直能够保持在细密的状态，所以焠火之后根本就不用回火，进一步减少碳份的流失，而硬度、强度和韧性都能够保持。 此外，经过「折返锻炼」的刀剑会出现有如松木纹一般的表面纹理 (「地肌」)，美观之极。 (注：有利必有弊。高温炼炉中的钢材较软，较易打造成形；低温炼炉中的钢材较硬，较难打造，甚至不是个人的体力所能应付。如果折返层不能完全焊合，就会成为潜在的裂口，变成完成品的瑕疪。所以，一般打造过程中，刀匠会紧持钢材，并发号司令，由两三名体壮力健的弟子从旁以长柄大锤敲打。换句话说，制作日本刀是人力集约的工事，以血汗换取质素的伟大艺术。)
第七步. 「造边」
日本刀锋利而又不易弯曲，即是拥有 "刚硬" 的特性。
同时，日本刀又不易折断，即是拥有 "柔韧" 的特性。 集刚柔两性于一身，日本刀如何做到呢？ 有别于世界各国的刀剑，日本刀并非由一块钢材打造而成，而是由一层刚硬的「皮铁」(Kawatetsu) 包裹着另一柔韧的「芯铁」(Shintetsu)，焊合而成。「皮铁」由含碳量较高的「玉钢」经 10 到 15 次的「折返锻炼」制成，而「芯铁」则以由含碳量较低的「庖丁铁」(或用低碳生铁，或用含碳量低的「玉钢」) 经 5 到 6 次的「折返锻炼」制成。 如此的组合，日本刀就可以做到刚柔同体了。 不同的刀工流派采用不同的钢料分布方式，有的更会加上硬度更高的「刃铁」(Hatetsu)，硬度更低的「栋铁」(Munetetsu)，或采用经折迭却没有焊合的双层「芯铁」。
第八步. 「素廷」
将「造边」工序准备好的混合钢材打造成长条形，成为刀身的基本形状。
第九步. 打造「切先」
为确保「切先」与刀身有同样的混合钢材分布，也为了得到通顺的表面纹理，刀匠会将刀尖斜斜切去一段 (尖角在边锋的位置)，再以小锤将尖角打造成向后的弯弧，成为「切先」。刀匠锻造「切先」的时候，钢材处于高温状态。焠火过后 (即是将刀身放到水中冷却)，「镐」的部份遇冷收缩，「刃」的晶体却会彭胀，所以「铓子」会向「栋」的方向返缩。制作「切先」是最考究手工的步骡，所以由制成品的「切先」可以看出刀匠本身的功力。
第十步. 「火造」
以小锤将刀身各部份打造成形和修正。
第十一步. 「烧入」
最后的火锻工序。刀匠用粘土、木炭粉和磨刀石的粉末调制「烧刃土」(Yakibatsuchi) (不同的流派有不同的成份和调制法)，再将成形的刀身用「烧刃土」包封。「刃」的范围用土较薄，「镐地」和「栋」的范围用土较厚。基本上，「烧刃土」的分布可以由完成品的「刃文」看出一点。 泥封好的刀身会被放到摄氏 750 至 760 度的炉火之中。刀匠由炉火的颜色以确认温度，若温度高于摄氏 800 度以上，完成品就会出现铁结体肥大的现象，影响强度。 经过特定的加热时间，刀匠就会将刀身移离炉火，再放到水中急速冷却，即是 "焠火"。(焠火的水温、水源、手法、添加物等都被各派刀工视为最大的秘密。) 因为「烧刃土」厚薄不一的关系，「刃」的冷却速度远较「镐地」和「栋」为快，所以「刃」的硬度会远较「镐地」和「栋」的硬度为高。亦因为急冷的缘故，「刃」的铁晶体会发生异变，体积变大，所以焠火之后刀身会进一步向后弯曲。这个情况有别于上述的 "晶体肥大" 的问题，焠火后「刃」的铁晶体数目不变，只是每一个晶体的体积变大而已。情况好比清水结冰之后密度变小，体积变大一样。
第十二步. 其它
再经过初步的打磨、开「目钉穴」、锉「鑢目」、刻「铭」等工序后，刀匠的责任可以说是到此为止了。一般来说，日本刀的「研磨」、造鞘、金银装饰、卷柄等工序另有专人负责，不是刀匠的工作范围。
日本刀的材料钢，被称作和钢或玉钢。
玉钢以日本传统土法炼制，属于低温炼钢法，炉温不超过1000℃，但低温炼出的钢材较硬，难以打造，所以日本刀非常考验人力，是用血汗造就的品质。
日本刀不是用来砍甲胄，而是用来砍人的。
因为古代日本是个资源贫瘠的岛国，能穿金属含量较多的盔甲的人很少，普通士兵甚至可能连用竹木材料做成的盔甲都没有，所以日本刀的首要条件就是锋利，砍肉犀利，如果兵刃要破甲，则更要求坚固。
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