Thành phần hóa học gang cầu dao động như sau: 3-3,6% C, 2-3% Si, 0,2-1% Mn, 0,04- 0,08% Mg, ít hơn 0,015% P, ít hơn 0,03% S. Gang cầu có độ dẻo dai cao, đặc biệt sau khi nhiệt luyện thích hợp.

Lượng cacbon và silic phải cao để đảm bảo khả năng than chì hóa (%C + %Si) đạt tới 5%-6%. Không có hoặc không đáng kể (<0,1 – 0,01%) các nguyên tố cản trở cầu hóa như Ti, Al, Sn, Pb, Zn, Bi và đặc biệt là S. Có một lượng nhỏ các chất biến tính Mg (0,04-0,08%) hoặc Ce. Có các nguyên tố nâng cao cơ tính như Ni (2%) Mn (<1%).

Gang cầu thường chứa cacbon đương lượng (CEL) cao từ 4,3 đến 4,6% (là thành phần nguyên tố C và Si trong gang lỏng trước biến tính CEL=%C+%Si+%P/2) để chống biến trắng và do than chì ở dạng cầu sít chặt, ít chia cắt nền kim loại nên không làm giảm đáng kể tính chất cơ học của gang. Hàm lượng Si không nên quá cao (nhỏ hơn 3%) để khỏi ảnh hưởng đến độ dẻo dai của gang. Hàm lượng S sau biến tính cầu hóa bằng Mg phải nhỏ hơn 0,03% thì gang mới nhận được than chì biến tính và hạn chế tạp chất "vết đen" do MgS tạo ra sẽ làm giảm tính chất cơ học của Gang. Hàm lượng Mn chọn tùy thuộc vào loại gang cầu, với gang cầu ferit ở trạng thái đúc Mn nhỏ hơn 0,2%. Ở gang cầu peclit chúng có thể lên tới 1%. Lượng P càng ít càng tốt vì P làm giảm tính dẻo dai của gang cầu.

Tổ chức tế vi của gang cầu cũng giống gang xám song chỉ khác là than chì của nó có dạng thu gọn nhất hình quả cầu bao gồm ba loại nền kim loại: ferit, ferit – peclit và peclit. Chính điều này quyết định độ bền kéo rất cao của gang cầu so với gang xám. Khác với gang xám, than chì dạng cầu ở đây được tạo thành nhờ biến tính đặc biệt gang xám lỏng.