Доменная печь представляет собой сооружение высотой до 20 м. Верхняя ее часть служит для загрузки шихты. Содержащиеся в шихте руда, кокс и шлакообразующие материалы способствуют снижению температуры плавления шлака и удалению вредных примесей. В домне расплавляют не железную руду, а агломерат (спекшуюся в куски мелкую породу) или окатыши (комки сферической формы, получаемые из мелкой руды или тонкоизмельченного концентрата). Ниже т. н. колошника идет самая большая по высоте коническая часть домны - шахта, которая переходит далее в цилиндрическую часть - горн. В горне как раз и собирается расплавленный чугун.

В верхней части горна располагаются фурмы - отверстия для подачи нагретого до высокой температуры сжатого воздуха. На уровне фурм развивается температура около 1200 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит около 300 °C. Таким образом, в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные процессы перехода руды в металл.
В нижней части печи, где приток воздуха достаточно велик, кокс сгорает, образуя диоксид углерода, который, поступая наверх, вступает в реакцию с коксом и образует монооксид углерода.
Монооксид углерода в свою очередь действует на оксиды железа, отнимая у них кислород и восстанавливая до металла: Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂. Полученное железо в присутствии кокса насыщается углеродом и получается сплав, содержащий 2 - 4 % углерода. Такой сплав называется чугуном. Он хрупок. В него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси - сера и фосфор.
После выгорания кокса чугун расплавляется и стекает в нижнюю часть горна, а содержащиеся в нём шлаки всплывают на поверхность и удаляются через шлаковую лётку. Очищенный от шлаков чугун сливается через жёлоб в ковши и увозится.

Доменные печи применяются в производстве чугуна восстановительной плавкой железных руд или окускованных железорудных концентратов.

Так как чугун представляет собой соединение железа с углеродом и передел его в сталь или железо состоит в выжигании этого углерода или частью, или же сполна, для чего необходимо затрачивать снова горючий материал, терять часть металла на угар и делать расход на устройство и рабочую плату, то еще в 40-х годах в Англии Вильям Кляйд взял привилегию на приготовление в ретортах губчатого железа, которое по охлаждении проваривалось в горнах или сварочных печах; при пробе способ оказался неприменимым. В 1851 г. Шено во Франции предложил способ получения в шахтной печи металлической губки, которая должна была бы служить материалом для получения литой стали; в 1855 г., на всемирной парижской выставке, способ этот был премирован большой золотой медалью, в 1864 г. испытан на Нижнетагильском заводе; получено было около 20 тыс. пуд. сырого железа, но из него едва можно было получить 5 тыс. шино-плющильного железа. Одновременно с Шено на подобное же изобретение в Америке взял привилегию Джемс Рентон; но и его предложение, даже после улучшений, предложенных проф. Вильсоном, оказалось непрактично; так, напр., при испытании его, в 1875 г. в Финляндии на Хутаковском заводе Путилова, из тридцатипроцентных озерных руд получалось только 13% и притом плохого железа. Точно так же были неудачны и попытки Иятеса, Гузгавля и др. Все эти попытки вернуться к работе штюкофена минувших столетий не могут иметь успеха по двум причинам: 1) малое количество фабриката и 2) порода, сопровождающая руду, не выделяется в виде шлака, а остается запутанной в губке, вследствие чего при дальнейшей обработке неизбежно должно получаться плохое железо.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ — монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака.
В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом. На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит около 270 °C. Таким образом в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.