Để đạt được tổ chức tế vi graphit, thành phần hóa học điển hình của hợp kim sắt-cacbon (Fe-C) là 2,5 đến 4,0% cacbon và 1 đến 3% silic theo trọng lượng. Graphit có thể chiếm 6 đến 10% khối lượng gang xám. Silic (Si) rất quan trọng để tạo ra gang xám thay vì gang trắng, vì silic là nguyên tố ổn định graphit, giúp tạo ra cấu trúc graphit thay vì cementit (Fe3C) trong hợp kim. Khi nồng độ silic đạt đến 3% khối lượng, hầu như không có carbon tồn tại ở dạng hóa học như cementit. Một yếu tố khác ảnh hưởng đến hiện tượng graphit hóa là tốc độ đông đặc (solidification rate); tốc độ càng chậm, thời gian để cacbon khuếch tán và tách ra tích tụ dưới dạng graphit càng lớn. Tốc độ làm nguội chậm vừa phải giúp tạo thành cấu trúc pearlit (pearlite) nhiều hơn, trong khi tốc độ làm nguội nhanh sẽ tạo thành cấu trúc ferrit (ferritic). Để đạt được cấu trúc ma trận ferrit hoàn toàn, hợp kim phải được ủ nguội (anneal).[2][5] Quá trình làm nguội nhanh sẽ ngăn chặn quá trình graphit hóa một phần hoặc hoàn toàn; đồng thời, dẫn đến sự hình thành cementit, được gọi là gang trắng.[6]

Graphit trong gang có hình dạng tấm phẳng trong không gian ba chiều. Nếu nhìn ở không gian hai chiều, chẳng hạn như quan sát bề mặt được đánh bóng, sẽ thấy các mảnh graphit xuất hiện dưới dạng sợi mảnh. Độ bền của graphit thấp, vì vậy chúng có thể được coi là lỗ rỗng trong cấu trúc hợp kim. Phần đầu của các tấm phẳng graphit đóng vai trò là các rãnh khuyết có sẵn; ứng suất sẽ tập trung tại những điểm đó và tạo nên tính giòn cho vật liệu.[6][7] Sự hiện diện của những tinh thể graphit dạng tấm phẳng đó giúp gang xám có đặc tính dễ gia công do có xu hướng gãy dọc theo các tinh thể graphit. Gang xám có khả năng hấp thụ lực (giảm chấn) rất tốt, và do vậy, thường được sử dụng làm phần đế cho máy móc, thiết bị.