Вивчення явища втоми показало, що за певних умов руйнування матеріалу при змінних напругах може і не відбутися. Властивість матеріалу витримувати, не руйнуючись, більше число циклів змінних напружень називають його витривалістю. Межею витривалості (межею втоми) називають найбільшу величину циклічного напруги, при якому матеріал може працювати необмежено довго без руйнування. Межа витривалості позначається 
.
Втомну міцність визначають за результатами експериментальних досліджень певного числа зразків, підданих випробуванням при різних рівнях циклічних напружень, аж до їх руйнувань. Результати випробувань серії однакових зразків наносять на площину 
або 
, де 
- це максимальне за період циклу напруга, а 
- число циклів до повного руйнування, отримуючи при цьому так звану діаграму Веллера .
Досвід по визначенню межі витривалості проводиться таким чином. Заготовлюється партія зразків випробувального матеріалу. Вибирають ряд рівнів циклічних напружень, при яких будуть відчувати зразки. Перший рівень напружень, як правило, найбільший і становить величину рівну 0,7-0,8 межі текучості матеріалу, інші рівні напруги беруться нижче. На кожному рівні напруг відчувають 5-6 зразків. Ці зразки закладаються в машину і навантажуються. Коли відбудеться злам або розрив, машина автоматично вимикається, а лічильник оборотів показує число циклів, необхідне для руйнування образца.Експеріменти показують, що при випробуваннях зразків на одному і тому ж рівні напруг спостерігається значний розкид руйнувань. У таких випадках встановлюють ймовірність руйнування протягом деякого часу t на даному рівні напруг.
Зі зниженням рівня напруги довговічності зразків зростають настільки, що доводиться призначати деяке граничне час витримки 
, Зване базою випробувань, при якій зразки знімають з випробувань, коли частина з них не зруйнувалася. Напруга, при якому 50% зразків руйнуються при 
, А решта 50% проходять базу випробувань, називається обмеженим або умовним межею витривалості.
бази 
по числах циклів складають зазвичай 
для чорних металів, для сплавів кольорових металів іноді до 
. У теперішній час немає чіткого уявлення про те, чи існує у матеріалів абсолютний межа витривалості, так як нерідко зразки руйнуються після того, як вони попередньо витримали десятки і навіть сотні мільйонів циклів. Це можна пояснити наявністю в матеріалі технологічних дефектів у вигляді пір, розшарувань, неметалевих включень і дефектів поверхонь обробки. Наявність експериментальних даних про випробування конструкційних кольорових сплавів дає підставу стверджувати, що останні не мають абсолютного межі витривалості. Особливу область досліджень представляють випробування матеріалів в умовах корозійно-агресивних середовищ. Багато матеріалів в цих умовах безумовно не мають абсолютного межі витривалості. Також крім напруженого стану в матеріалі ще проявляються електрохімічні явища, що отримали назву ефект Ребіндера.
Межа витривалості при асиметричних циклах навантаження
Найбільш небезпечним циклом навантаження є симетричний цикл навантаження. Однак велика кількість деталей машин працює при асиметричних циклах навантаження. Розглянемо діаграму Хея-Зодерберта для стали 45.
Діаграма Хея-Зодерберта будується в координатах амплітуди напряженій- 
, Постійна складова циклу- 
. Так як при 
завжди менше межі міцності 
, То всі можливі механічні стану матеріалів знаходяться в межах трикутника ОАВ, причому рівняння прямої I має вигляд:
Рівняння прямої 2 представляється так:
Крива 3 - експериментальна крива межі витривалості, отримана при різних амплітудах і постійних складових циклах 
на одній і тій же базі 
. Ордината при абсциссе 
є межа витривалості при симетричному циклі навантаження, 
позначається через 
.
Для кривої витривалості лівіше променя 
можна записати емпіричну залежність:
,
де К - емпіричний коефіцієнт, для стали 45 рівний 0,6; для інших марок сталей близько 0,4.
Правіше цього променя в певний момент починається повільний розвиток шийки, як це має місце при швидкому навантаженні матеріалу.
Крива меж витривалості продовжена в область негативних напруг, де значення менше абсолютного значення 
. У цій області амплітуди меж витривалості швидко зростають. Ця обставина дає підставу стверджувати, що при знакопостоянного напружених стиснення втомні руйнування сталей відсутні.
Для порівняння з діаграмою Хея-Зодерберга для стали уявімо таку ж діаграму для сірого чавуну. Чавун С4 12-28 являє щодо крихкий матеріал.
Крива меж витривалості доходить до лінії I, рівняння якої так як чавун руйнується без утворення шийки. В області стискають напруг крива витривалості має екстремум і розташовується всередині трикутника ОАВ. Це означає, що опір циклічним стиску нижче опору статичному стиску. Межа витривалості стали пов'язаний з межею міцності матеріалу і залежить від виду деформації.
Відомі такі емпіричні залежності для визначення межі витривалості при симетричному циклі навантаження:
при вигині 
при розтягуванні 
при крученні 
В даний час немає достатньо чіткого пояснення того, що в умовах значних стискаючих напружень пластичні матеріали не руйнуються. Мабуть, під дією напруг, що розтягують мікротріщина буде розвиватися і рости, а під дією стискаючих напружень закриватися.
