Martenzytyczne stale nierdzewne zwykle zawierają 0,1-1% węgla (co odróżnia je zdecydowanie od stali ferrytycznych), 13-19% chromu oraz do 1% molibdenu i niekiedy do 8% niklu. Przemiana fazowa zachodząca przy tej zawartości węgla powoduje powstanie struktury martenzytyczno-perlitycznej lub całkowicie mar-tenzytycznej, zatem stale te są bardzo twarde i kruche. Ich odporność korozyjna jest najmniejsza ze wszystkich stali nierdzewnych. Stale martenzytyczne są trudno lub bardzo trudno spawalne. Ze wzrostem zawartości węgla są one narażone na pękanie zimne, więc w praktyce spawa się tylko te, w których zawartość C<0,15%. W zasadzie spawa się je tylko metodą TIG i elektrodą otuloną, a czasami również metodami MIG/MAG, plazmowo i łukiem krytym. Do spawania zaleca się niskowodorowe spoiwa austenityczne. Aby uniknąć pęknięć zimnych stale martenzytyczne podgrzewa się już przy zawartości C > 0,1% do temperatury 200-300°C lub wyższej przy większej ilości węgla i grubszych elementach. Jeśli ilość węgla jest powyżej 0,2%, to należy stosować natychmiast po spawaniu wyżarzanie odpuszczające w temperaturze 650750°C.