Les météorites métalliques se composent presque exclusivement de métal. Il s'agit principalement de fer avec une proportion variable de nickel ainsi que des traces de germanium, de gallium, d'iridium et de tungstène. Les météorites métalliques contiennent deux alliages formés de fer et de nickel : la kamacite et la taenite.

Il existe trois types de météorites métalliques, elles présentent une structure différente selon la quantité de nickel incorporée au fer. Les hexahédrites contiennent peu de nickel (4,5 à 6,5 %), l'alliage principal est la kamacite. Les hexahédrites ne montrent aucune structure sauf de nombreuses fines lignes parallèles : ce sont les lignes de Neumann. Les octahédrites contiennent entre 7 et 13 % de nickel, les deux alliages sont présents et s'emboîtent pour former des structures impressionnantes nommées figures de Widmanstätten. La classification des octahédrites dépend de la largeur des bandes de kamacite. Les ataxites contiennent entre 13 et 25 % de nickel. Ces météorites ne montrent aucune structure interne, car elles sont presque exclusivement composées de taenite.

Chaque type de météorite métallique peut être subdivisé en 17 groupes identifiés par des chiffres et des lettres en fonction des quantités de gallium, de germanium et d'iridium qu'elles contiennent. Les météorites métalliques sont composées du métal qui s'est accumulé au centre d'un planétoïde lors de sa phase semi-liquide. Pour obtenir des météoroïdes métalliques, il faut donc que l'objet soit dépouillé de sa croûte et de son manteau.