К середине XIX века в металлургии наметился переход от чисто эмпирического поиска наилучших способов термической и механической обработки к научному исследованию. Еще в 1835 г. русский военный инженер П.П. Аносов применил микроскоп для изучения структуры стали, положив начало современной металлографии. Ключевое значение для прогресса металлургии имело открытие русским инженером Д.К. Черновым критических точек термической обработки стали и ее фазовых превращений в твердом состоянии (работы, опубликованные в 1868 и 1878 гг.), его исследования термомеханической обработки стали, интенсификации металлургии. В постановку производства стали на научную основу большой вклад внесли Н.В. Калакуцкий, А.С. Лавров. Характерно, что в программу курса металлургии, которую с 1889 г. читал Д.К. Чернов в Михайловской артиллерийской академии, были включены вопросы изготовления орудий, снарядов и броневых плит.
Развитие броневого дела в XIX веке было связано прежде всего с потребностями флота, в меньшей степени — фортификацией. В период гладкостенной артиллерии, стреляющей круглыми ядрами со сравнительно небольшой начальной скоростью, военно-морские флоты вполне удовлетворялись обычно броней из нескольких слоев листов обычной «мягкой» стали. Кстати говоря, броня из нескольких слоев «котельного железа» позже использовалась и для кустарного бронирования автомобилей и поездов.
В 1861 г. Джон Броун в Шеффилде строит прокатный стан для изготовления корабельной брони (пятью годами ранее в России В.С. Пятов построил «листокатальнузо машину» для прокатки брони из раскаленных железных листов), а в 1862 г. в Великобритании заказан первый мореходный броненосный корабль (плавучая батарея) «Первенец».
На флоте начинается и развитие броневых башен. В 1860 г. свои конструкции башен создали швед Т Тимбе и англичанин К Кольз. В 1862 г. в США был спущен на воду «Монитор» с броневой пушечной башней системы Дж. Эриксона на центральном штыре. В том же году на британской броненосной батарее «Ройал Соверейн» использовали башню К. Кольза, вращавшуюся на катках по погону. Вслед за США и Великобританией ряд морских держав, включая Россию, начали строить корабли с башенными установками.
На американских броненосцах времен гражданской войны, кстати, появляется и рациональный наклон броневых листов корпуса.
В России в 1863 г. построена первая броненосная батарея «Не тронь меня», а в 1872 г. спущен на воду первый брустверный башенный броненосец «Крейсер» («Петр Великий»).
В 1876 г. во Франции завод «Шнейдер-Ле Крезо» изготовил броню из высокоуглеродистой стали, отличающейся повышенной твердостью — ее стойкость была на 30 % больше, чем у «железной», но сама броня оказалась хрупкой: при попадании снаряда она не пробивалась, но трескалась.