Кострукция. 
Перед кузнецом, изготавливающим меч, издавна стояла задача создать оружие острое и одновременно долгое время сохраняющее боевые качества, не теряющее остроты, не ржавеющее и не ломающееся. В зависимости от содержания углерода в стали и закалки у него мог получиться меч с высоким показателем мартенсита, следовательно, очень твердый и долго сохраняющий остроту, однако хрупкий и ломкий. И наоборот, клинок из более мягкой стали затупляется быстрее.
Данное затруднение преодолевается путем применения многослойной конструкции. В традиционной технике внутренний слой изготавливается из низкоуглеродистой стали и покрывается твердой высокоуглеродистой сталью, которая образует верхний слой: кузнец складывает U-образно длинный узкий брусок твердой стали и вваривает в него брусок из мягкой стали. Из полученного комбинированного бруска выковывается заготовка меча, причём закрытая сторона «U» впоследствии станет лезвием. Такая комбинированная заготовка больше не подвергается складыванию.
В других конструкциях встречаются иные сочетания: например, твердая сталь вкладывается в U-образную заготовку из мягкой стали, либо твердая сталь лезвия комбинируется с мягкой сталью задней стороны и сталью средней твердости, из которой изготовлены две дополнительные боковые вкладки. Встречаются многочисленные усложненные техники, впрочем, не гарантирующие более высокого качества. Они практикуются большей частью кузнецами невысокого класса, которые таким образом стремятся обойти трудный процесс закалки.
Очень короткие клинки иногда делаются из одного вида стали (мономатериал).
Более крупные образцы требуют усложненной конструкции.
Мару — самая дешевая из всех конструкций, используемая также для танто или ко-вакидзаси; подобные одинарные клинки не подвергаются дифференцированной закалке и состоят из одного единственного сорта стали.
Кобусэ — упрощенная конструкция меча, которая из-за невысокой стоимости имела вплоть до Второй мировой войны широкое распространение в военных конфликтах, требовавших больших объемов оружия
Хонсаммай — наиболее распространенная конструкция. Боковые части усилены дополнительными пластинами из стали средней твердости. Меч отличается высокой прочностью и имеет то преимущество, что обратная сторона лезвия (обух) не закалена и не дает ему сломаться. На некоторых старых мечах заметны подобные следы от ударов.
Сиходзумэ — конструкция, похожая на хонсанмаи, у которой задняя часть лезвия защищена жесткой железной полосой.
Макури — упрощенная конструкция, у которой сердцевина из мягкого железа целиком спрятана в оболочку из твердой стали.
Вариха тэцу — простая, но очень гибкая конструкция.
Орикаэси саммай — слегка усовершенствованная форма хонсанмаи
Гомай — немного необычный вариант с сердцевиной из твердого железа, которую окружает средний мягкий слой, в свою очередь покрытый слоем твердой стали
Сосю китаэ — одна из наиболее сложных конструкций, имеющая семь слоев стали. Практиковалась кузнецом Масамунэ, считается образцовой работой.
Закалка.
Так же как и западные кузнецы Средневековья, применявшие зонную закалку, японские мастера закаляют клинки не равномерно, а дифференцировано. Зачастую клинок изначально имеет прямую форму и получает характерный изгиб в результате закалки, дающей лезвию твердость 60 по Роквеллу, а задней части меча — лишь 40 единиц. В основе закалки лежит изменение кристаллической структуры стали: за счет быстрого охлаждения раскаленного металла (обычно оно происходит в ванне с водой) аустенит превращается в мартенсит, имеющий больший объем. Из-за этого режущая часть меча растягивается и меч изгибается. Изогнутый меч имеет то преимущество, что он лучше режет и обеспечивает более эффективный удар. Поэтому такой тип получил широкое распространение.
Перед закалкой меч покрывается смесью из глины и угольного порошка (могут содержаться и другие ингредиенты). На лезвие наносится более тонкий слой, чем на другие участки меча. Для закалки лезвие нагревается сильнее, чем задняя часть. При этом важно, чтобы, несмотря на разницу температур (например, 750—850 °C), меч в поперечном сечении и обратная сторона нагревались равномерно. Во время охлаждения в теплой воде лезвие, нагретое сильнее остальных частей, остывает быстрее и получает более высокое содержание мартенсита, чем другие участки меча. Граница этой узкой зоны (хамон) хорошо заметна после закалки и полировки меча. Она представляет собой не линию, а довольно широкую зону.
Некоторые кузнецы придают хамону более замысловатую форму, нанося глину волнообразно, неравномерно или узкими косыми линиями. Полученный таким образом рисунок хамона служит для идентификации принадлежности меча к определенной кузнечной школе, но, как правило, не является показателем качества. Можно встретить весьма высококачественные клинки с прямым, шириной не более миллиметра, хамоном, равно как и экземпляры с очень волнистым рисунком, считающиеся грубой работой, и наоборот. Хамон с множеством узких «волн» образует в мече узкие эластичные участки (аси), препятствующие распространению трещин в металле. Однако в случае образования поперечной трещины меч становится непригодным к использованию.
Варьируя длительность и температуру нагрева, предшествующего охлаждению, кузнец может добиться и других эффектов на поверхности меча (например, ниэ и ниой — характерные мартенситные образования различного размера).
За закалкой (нагревом и охлаждением) следует отпуск — нагрев закаленного изделия в печи с последующим медленным охлаждением. При температуре около 200 °C происходит снятие внутренних напряжений в металле, благодаря чему достигается необходимый баланс твердости и вязкости.
Термическая обработка — весьма тонкий этап в изготовлении катаны, и даже опытный кузнец может потерпеть здесь неудачу. В этом случае меч заново закаляется и отпускается. Однако процесс можно повторять лишь ограниченное число раз: если все попытки провалились, остается лишь выбросить неудачный клинок и приниматься за отливку новой заготовки.
Сочетание жесткого лезвия и эластичной основы придает металлу катаны чрезвычайную вязкость и одновременно долговременную остроту.
Полировка
После завершения своей части работы, к которой также относится и обработка поверхности при помощи сэн — инструментом, похожим на металлический скребок, кузнец передает меч полировщику — тогиси. Его задача состоит в том, чтобы заточить и отполировать клинок — сначала грубыми камнями, затем более тонкими. Работа над одним мечом на данном этапе длится около 120 часов. Тогиси не только затачивает меч, но и выделяет при помощи различных техник структуру металла на поверхности клинка, хамон, также хада, являющихся «кожей» изделия и дающих представление о технике ковки. Одновременно есть возможность устранить мелкие недостатки, возникшие в процессе изготовления.
Выше боевых качеств меча сегодня ценятся качество стали и эстетические свойства, достигаемые исключительно благодаря технологически верно проделанной полировке. При этом форма и геометрия клинка, которые придал ему кузнец, должны полностью сохраниться. Поэтому ремесло полировщика подразумевает также точное знание стиля того или иного кузнеца, а также кузнечных школ прошлых веков. Неопытные руки, неправильная заточка и полировка могут безвозвратно погубить меч.
Форма
Изгиб меча (сори), выполняемый в разных вариантах, не случаен: он сформировался в процессе многовековой эволюции оружия данного вида (одновременно с изменениями в снаряжении самурая) и постоянно варьировался до тех пор, пока в конце концов не была найдена совершенная форма, представляющая собой продолжение слегка изогнутой руки. Изгиб получается отчасти и из-за особенностей термической обработки: при дифференцированной закалке режущая часть меча растягивается больше, нежели задняя.
В пределах стандарта возможны множественные отклонения, зависящие отчасти от вкуса кузнеца и заказчика, отчасти от традиций конкретной кузнечной школы. Геометрия клинка диктуется и целью его применения: для сражения с противником в латах больше подходил клинообразный в сечении (и более прочный) меч, а в бою с незащищенным врагом эффективнее себя проявлял тонкий клинок, обеспечивающий хороший режущий удар.
Кузнец может наметить степень изгиба и его центр уже при ковке заготовки и подкорректировать их после закалки. Также меч может иметь равномерную толщину либо сужаться к концу, а сам конец (киссаки) может быть как длинным, так и коротким. Кузнец может придать рукояти меча (накаго) определенную форму, сделать заднюю часть лезвия округлой либо угловатой, выбрать форму линии закалки (хамон), а также определить структуру стали и ее оптику. На незакаленные участки меча могут быть нанесены бороздки и гравировки.
Все эти факторы оцениваются знатоками в том числе и с точки зрения эстетики.
Встречающиеся дефекты мечей
Существует множество дефектов, возникающих при ковке или неправильной обработке. Следует различать фатальные дефекты, делающие меч непригодным к использованию, и некритические, которые поддаются исправлению и/или лишь портят внешний вид изделия.
Наиболее типичные дефекты:
Карасунокути (からすのくち). Трещина в лезвии. Если трещина проходит примерно в параллельной плоскости, она делит закаленную и незакаленную части, и если это отражается на форме, то меч становится бракованным.
Синаэ (撓え). Незначительные дефекты в местах изгиба, возникающие вследствие усталости материала на этих участках. Проходят как правило перпендикулярно к клинку в той части, которая сделана из незакалённой стали. Не считаются серьёзными дефектами.
Фукурэ (膨れ). Включения из окалины или угля, оставшиеся после складывания стали, в основном — погрешности сварки. Обнажаются вследствие полировки и смотрятся чрезвычайно некрасиво. Портят красоту и снижают качество меча.
Кирикоми (切り込み). Зазубрина на задней части меча, возникающая при защите отбивом. Не является серьёзным дефектом. В процессе полировки, если ее производит компетентный мастер, зазубрины по возможности устраняются. На старых сточившихся мечах их оставляют как свидетельство того, что меч использовался в бою.
Умэганэ (埋め金). Сделанная кузнецом заплатка, закрывающая какой-либо дефект. Умэганэ делают также с целью скрыть внутреннюю сталь, начинающую проступать после частых полировок.
Хагирэ (はぎれ). Появившаяся на линии закалки (хамон) зазубрина, а также сильный изгиб клинка может спровоцировать микроскопическую трещину — хагирэ. Зазубрина обычно хорошо заметна и не представляет большой опасности для меча, в то время как трещина, которую очень трудно разглядеть, является фатальным дефектом.
Хакоборэ (刃毀れ). Грубая цилиндрическая зазубрина, проходящая хоть и не через закаленную сталь, однако часто являющаяся причиной трещины.
Хадзими (はじみ) Матовые участки, возникающие после многократной заточки. Меч теряет свой блеск. Часто встречающееся, но неопасное возрастное явление.
Ниой гирэ (匂切れ). Возможны две причины данного дефекта: линия закалки на границе с незакалённой сталью не имеет четко обозначенных контуров, однако закалка стали произведена правильно. Хороший шлифовщик замаскирует этот недостаток. Либо — фатальный дефект, когда линия закалки в определенном месте клинка отсутствует, что свидетельствует о плохой закалке стали на этом участке и, следовательно, недостаточной закалке меча в целом.
Мидзукагэ (水影). Потемневший участок, как правило, на режущей кромке. Причиной может быть повторная закалка либо повторное охлаждение.
Синтэцу (心鉄) (букв. «сердце металла»). Дефект от многократной полировки. Верхний слой стали, подчас всего в несколько десятых долей миллиметра толщиной, на определенном участке стёрся, и под ним проступают нижние слои металла. В этом случае говорят про «усталость» меча (см. цукарэ).
Цукарэ (疲れ) (букв. «усталость»)(на иллюстрации не показан). «Похудевший» вследствие частой заточки меч. Если клинок интенсивно используется, он требует регулярной заточки, которая «съедает» материал. Одновременно с заточкой лезвия должна корректироваться путем шлифовки форма меча в целом, это делается для сохранения его формы и пропорций.
