碳素钢35、45、50等优质碳素结构钢因具有较高的综合力学性能，应用较多，其中以45钢用得为广泛。为了改善其力学性能，应进行正火或调质处理。
例如采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性；机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，具有良好的高温力学性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢。
轴的毛坯以锻件优先、其次是钢；尺寸较大或结构复杂者可考虑铸钢或球墨铸铁。例如，用球墨铸铁制造曲轴、凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好，对应力集中的敏感性较低、强度较好等优点。
轴的力学模型是梁、多数要转动，因此其应力通常是对称循环。轴上通常要安装一些带轮毂的零件，因此大多数轴应作成阶梯轴，切削加工量大。
轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。
设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出设计方案，以下是一般轴结构设计原则：1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；2、易于轴上零件定位、稳固、装配、拆卸和调整；3、采用各种减少应力集中和提度的结构措施；4、便于加工制造和精度。
心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。
轴的扭转刚度校核是计算的轴的工作时扭转变形量，是用每米轴长的扭角 度量的。轴的扭转变形要影响机器的性能和工作精度，如内燃机凸轮轴的扭转角过大，会影响气门的正确启闭时间；
龙门式起重机运动机构传动轴的扭转角会影响驱动轮的同步性；对有发生扭转振动危险的轴以及操纵系统中的轴，都需要有较大的扭转刚度。
轴类零件的毛坯常见的有型材（圆棒料）和锻件。大型的，外形结构复杂的轴也可采用铸件。内燃机中的曲轴一般均采用铸件毛坯。
