铁元素（Ferrum）的原子序数为26，符号为Fe。在元素周期上 ，铁是第四周期第八副族（VⅢB）的元素。它与钴和镍同属四周期VⅢB族。
在自然界中，铁元素有4种稳定同位素，其同位素丰度（%）如下（Hertz，1960）：54 Fe－5.81，56 Fe－91.64，57 Fe－2.21，58 Fe－0.34。
铁的原子量平均为55.847（当12C=12.000时）。
铁的原子半径，取12配位数时，为1.26×10－10m1）。铁的原子体积为7.1cm3/克原子，原子密度为7.86g/cm3。
铁原子的电子结构是3d64s2。
铁原子很容易失掉最外层的两个s电子而呈正二价离子（Fe2＋）。如果再失掉次外层的1个d电子，则呈正三价离子（Fe3＋）。铁元素的这种变价特征，导致铁在不同氧化还原反应中显示出不同的地球化学性质。
铁原子失去第一个电子的电离势（I1）为7.9 OeV，失去第二个电子的电离势（I2）为16.18 eV，失去第三个电子的电离势（I3）为30.64 eV。
铁的离子半径随配位数和离子电荷而变化。据Ahrens(1952)资料，取6配位数时2），Fe2＋的离子半径为0.074nm，Fe3＋的离子半径为0.064nm。铁离子在含氧盐和卤化物等中构成离子化合物。
铁常与硫和砷等构成共价化合物。铁的共价半径为1.17×10－10m。其键性强度可用铁和硫、砷等的电负性差求得。铁的电负性，Fe2＋为1.8，Fe3＋为1.9（波林，1964）。
凡是原子半径与铁相近的元素，当晶体结构相同时，易与铁形成金属互化物，如铁和铂族形成的金属互化物粗铂矿（Pt，Fe）。凡是离子半径与铁相近的元素，当化学结构式相同时，易与铁发生类质同象替换，如硅酸盐中的铁橄榄石和镁橄榄石类质同象系列；碳酸盐中的菱铁矿和菱锰矿类质同象系列；以及钨酸盐中的钨铁矿和钨锰矿类质同象系列，等等。
离子电位（ф）是一个重要的地球化学指标。Fe2＋的离子电位为2.70，可在水溶液中呈自由离子（Fe2＋）迁移。Fe3＋的离子电位较高，为4.69，它易呈水解产物沉淀。因此，在还原条件下，有利于Fe2＋呈自由离子迁移；在氧化条件下，则Fe2＋易氧化为Fe3＋而呈水解产物沉淀。与铁共沉淀的元素（同价的或异价的）共生组合，可用离子电位图来预测。
铁及其化合物的密度、熔点和沸点、以及它们在水中的溶解度或溶度积，是决定铁进行地球化学迁移的重要物理常数（下表）。
铁及其化合物的物理常数
|
分子式 |
密度(g/cm3) |
熔点（℃） |
沸点（℃） |
在100g水中的溶解度 | |
|
20℃时 |
100℃时 | ||||
|
Fe |
7.86 |
1535 |
3000 |
不溶 |
不溶 |
|
FeCl2 |
2.98 |
672 |
升华 |
64.4（10℃） |
105.7 |
|
FeCl3 |
2.8 |
304（282） |
升华303（315） |
91.1 |
537 |
|
Fe3O4 |
5.18 |
1550（1538） |
分解为FeO |
不溶 |
不溶 |
|
Fe2O3 |
5.24 |
1565 |
－ |
不溶 |
不溶 |
|
Fe（OH）3 |
3.4 |
－1.5H2O500 |
－ |
5×10－5 |
－ |
|
FeS |
4.7 |
1193 |
分解 |
微溶 |
－ |
|
FeS2（白铁矿） |
4.9 |
－ |
分解 |
5×10－4 |
－ |
|
FeS2（黄铁矿） |
5.0 |
1171 |
分解 |
0.5 |
－ |
|
FeSO4·7H2O |
1.9 |
64 |
－7H2O300 |
26.5 |
50.9（70℃） |
注：1、密度为室温下的密度；2、熔点和沸点为101325Pa汞柱时的温度，或者在括号内的压力下的温度；3、H2O后面的温度为水逸出的温度。
铁的熔化潜热为269.55J/g，蒸发潜热为6343J/g。
·原子半径随配位数变化，其校正系数为：配位数8，减3%；配位数6，减4%；配位数4，减12%。
·离子半径的校正系数：配位数4，减6%；配位数8，加3%；配位数12，加12%。