В течение последней четверти века были проведены очень широкие исследования проблемы усталостной прочности металлов, причём были установлены пределы усталости различных металлов и сплавов, т. е. максимальное количество повторных циклов напряжений, которым материал, не разрушаясь, может противостоять бесконечно долго. Предел усталости определяется на машине для испытания на усталость, на которой образец подвергается до своего разрушения действию ряда повторных циклов напряжений.

В начале применяются циклы напряжений, значительно превышающих предел упругости, и разрушения происходят сравнительно быстро. Затем испытание повторяется при циклах других напряжений, величина которых постепенно уменьшается, пока образец не сможет выдержать 10 млн. циклов; последнее напряжение рассматривается, как такое, при котором образец может выдержать бесконечно большое число циклов. Это максимальное напряжение называется пределом усталости материала. Максимальные напряжения циклов могут быть нанесены на диаграмму (по оси ординат) в зависимости от числа циклов, выдержанных образцами до разрушения (последние откладываются по оси абсцисс), причём получается кривая, вогнутая по отношению к оси абсцисс. Величина ординаты в точке, где кривая переходит в прямую, параллельную оси абсцисс, соответствует пределу усталости.

Установлено, что предел усталости, который равен максимальному безопасному напряжению, является скорее функцией предела прочности и твёрдости, чем предела упругости материала. Следовательно, для деталей, подвергаемых повторным напряжениям, предел прочности при разрыве представляется более логичной основой для расчётов прочности конструкции. К сожалению, сопротивление материала срезу не может быть точно определено при испытаниях на кручение, хотя бесспорно, что при расчёте деталей, подвергающихся кручению, основой должен являться предел упругости при срезе. Коэффициент безопасности, применяемый при этих расчётах полуосей, колеблется в пределах от 2 до 2,5.