Từ cuối những năm 1930, Anh, Đức, Hoa Kỳ và các quốc gia khác bắt đầu nghiên cứu siêu hợp kim. Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, để đáp ứng nhu cầu của động cơ hàng không mới, việc nghiên cứu và sử dụng siêu hợp kim đã bước vào thời kỳ phát triển mạnh mẽ. Vào đầu những năm 1940, nước Anh lần đầu tiên bổ sung một lượng nhỏ nhôm và titan vào hợp kim 80Ni-20Cr để tạo thành pha γ nhằm tăng cường độ bền và phát triển hợp kim gốc niken đầu tiên có độ bền nhiệt độ cao hơn. Đồng thời, để thích ứng với sự phát triển của bộ tăng áp cho động cơ khí piston, Hoa Kỳ bắt đầu chế tạo cánh quạt bằng hợp kim dựa trên coban Vitalli.
Inconel, một hợp kim gốc niken, cũng được phát triển ở Hoa Kỳ để chế tạo buồng đốt cho động cơ phản lực. Sau đó, IN để cải thiện hơn nữa độ bền nhiệt độ cao của hợp kim, các nhà luyện kim đã thêm vonfram, molypden, coban và các nguyên tố khác vào hợp kim gốc niken để tăng hàm lượng nhôm và titan, đồng thời phát triển một loạt các loại hợp kim, chẳng hạn như như "Nimonic" của Anh, "Mar-M" và "IN" của Mỹ, v.v. Nhiều loại siêu hợp kim, chẳng hạn như X-45, HA-188, FSX-414, v.v., đã được phát triển bằng cách thêm niken, vonfram và các nguyên tố khác thành hợp kim dựa trên coban. Do thiếu tài nguyên coban nên việc phát triển các siêu hợp kim dựa trên coban bị hạn chế.
Vào những năm 1940, các siêu hợp kim dựa trên sắt cũng đã được phát triển. Vào những năm 1950, A-286 và Incolo 901 được sản xuất. Tuy nhiên, do kém ổn định ở nhiệt độ cao, chúng phát triển chậm từ những năm 1960. Liên Xô bắt đầu sản xuất các siêu hợp kim dựa trên niken cấp "Ð" vào khoảng năm 1950, và sau đó sản xuất các siêu hợp kim biến dạng sê-ri "ÐÐ" và
