新增一些合金元素(即溶質元素)到鐵、鎳或鈷基高溫合金中，但僅形成單相奧氏體，達到高溫合金強化的目的。溶質元素的作用主要是彈性互動作用、化學互動作用和電子互動作用。溶質原子使固溶體基體點陣發生畸變，使固溶體中滑移阻力增加而強化。有些溶質原子可以降低合金系的層錯能，提高位錯分解的傾向，導致交滑移難於進行，合金被強化。另外，強化作用還取決於溶質元素在週期表中的位置，即與溶質元素的電子空位數有關。這幾種強化作用在溫度不高於0.6丁熔(合金熔點的絕對溫度)時是相當重要的。在高溫使用條件下(T≥0.6丁熔)，溶質元素是透過原子結合力提高，降低固溶體中元素的擴散能力，提高合金再結晶溫度，阻礙擴散式形變過程而使合金得到強化。不同金屬元素的自擴散係數及其熱強性都是按鎢、鉬、鉭、鈮、鉻、鎳、鈷、鐵、鈦、鋁的次序遞減。1000℃使用的鎳基合金固溶強化時：擴散因素顯得特別重要，鎢的強化效果要優於鉬；而能大量固溶的鈷透過降低堆垛層錯能對高溫強度做出很大貢獻。在高溫合金固溶強化時，採用多元合金化能更好地提高熱強性效果，這也與進一步降低基體中元素的擴散過程有關。固溶強化的效果不僅與所加入元素本身的單位強化效應有關，而且還與元素的加入量有關，在溶解度範圍內應儘可能的大量加入固溶元素，使固溶強化作用充分發揮。週期表中第Ⅵ族元素鉻、鉬、鎢具有大的溶解度和良好的固溶強化效果。第V族元素中特別是鈮、鉭也具有不小的溶解度，與鉻、鉬、鎢一樣，在高溫時可以有效地降低擴散過程，以及透過降低堆垛層錯能來增加擴張位錯的寬度，以阻礙高溫蠕變時位錯的攀移或交滑移的進行，達到顯著的強化效應。表中列出主要合金元素的固溶強化作用。