Способность сплавов редких металлов работать в экстремальных условиях является результатом сложной металлургической инженерии. Основным механизмом является упрочнение твердым раствором и образование стабильных, упрочняющих фаз в микроструктуре металла. Для высокотемпературных применений сплавы основаны на матрице из никелевого или кобальтового суперсплава. Такие элементы, как рений и рутений, добавляются, потому что они резко снижают скорость диффузии других атомов в сплаве при высоких температурах, явление, известное как «рениевый эффект». Это резко замедляет такие процессы, как ползучесть — постепенная деформация при постоянном напряжении — которая является основным видом разрушения в реактивных двигателях.
Кроме того, такие элементы, как алюминий и тантал, добавляются для образования стабильных, упорядоченных осадков, известных как гамма-штрих (γ') фазы. Эти наноразмерные частицы эффективно фиксируют кристаллическую структуру, обеспечивая феноменальную прочность и устойчивость к деформации, даже когда металл раскален докрасна. Для коррозионной стойкости сплавы укрепляются хромом, который образует защитный пассивный оксидный слой, и молибденом, который противостоит питтинговой коррозии в хлоридных средах. Эта комбинация точного химического состава и контролируемой обработки создает материалы, практически не имеющие себе равных по своей устойчивости.