材料的疲劳性能一般以单轴应力－循环次数的形式表示（S－N曲线。此处不考虑基于断裂力学的疲劳理论），应力随时间的变化也很有规律，如正弦波、方波或脉冲等。S-N曲线是根据材料的疲劳强度实验数据得出的应力S和疲劳寿命N的关系曲线。可用以描述金属板材的声疲劳性能。在声疲劳实验中，常以声压级取代应力级S来绘制材料的声疲劳性能曲线。S-N 法主要要求零件有无限寿命或者寿命很长，因而应用在零件受有很低的应力幅或变幅，零件的破断周次很高，一般大于 10^5周次，零件主要只发生弹性变形，亦即所谓高周疲劳的情况。一般的机械零件如传动轴、汽车弹簧和齿轮都是属于此种类型。

描述S-N曲线的数学表达式有三种形式，最常用的为幂函数形式：

（2.1）

m与C是与材料、应力比、加载方式有关的参数，将等式两边去对数，有

（2.2）

式中，材料参数，。从上式可以看出，应力S与寿命N之间有对数线性关系。

描述S-N曲线的第二种形式为指数式：

（2.3）

两边取对数后成为

（2.4）

式中，材料参数为：，

S-N曲线的第三种描述方式为三参数式：

（2.5）

与（2-1）式、（2-3）式相比，此式中多了一个参数，即疲劳极限，且当趋近于时， 趋于无穷大。

对于S-N曲线的测定方法，可以分为单点法和成组法。单点法是在每级应力水平下只试验一根试件的方法，比较常用的单点法有常规法、小子样升降法、大子样升降法等；而成组法则要求在每级应力水平下试验一组试件。一般来说，单点法适用于测定疲劳极限，所测出的S-N曲线不太准确。