כמרכיב מכריע בציוד מכני, בחירת החומרים לחלקי ציוד מכני משפיעה ישירות על ביצועי הציוד, תוחלת החיים ויציבותו התפעולית.
חלקי ציוד מכני כוללים מגוון רחב של חומרים, שניתן לסווג אותם לשלושה סוגים עיקריים בהתבסס על תרחישי יישום ודרישות ביצועים שונות: חומרים מתכתיים, חומרים לא-מתכתיים וחומרים מרוכבים.
חומרים מתכתיים הם הסוג הנפוץ ביותר של חלקי ציוד מכני, כולל מתכות ברזליות, מתכות לא-ברזליות וסגסוגות שלהן. מתכות ברזליות, כגון פלדת פחמן ופלדת סגסוגת, נמצאות בשימוש נרחב בייצור חלקים העומדים בעומסים ופגיעות כבדות, כגון גלגלי שיניים, צירים ומסבים, בשל חוזקם הגבוה, הקשיחות הטובה ויכולת העיבוד המצוינת שלהם. מתכות לא-ברזליות, כגון נחושת ואלומיניום, וסגסוגותיהן, משמשות לעתים קרובות בייצור רכיבים חשמליים ואלמנטים לפיזור חום בשל המוליכות החשמלית והתרמית המצוינת שלהם ועמידותם בפני קורוזיה. יתרה מזאת, לכמה סגסוגות מיוחדות, כגון נירוסטה וסגסוגות טיטניום, יש יישומים נרחבים בתחומים כימיים, תעופה וחלל ואחרים, בשל עמידותן בפני קורוזיה ועמידותן-לטמפרטורות גבוהות.
חומרים לא-מתכתיים תופסים גם עמדה חשובה בחלקי ציוד מכני, כולל פלסטיק, גומי וקרמיקה. חומרים פלסטיים כגון פוליאתילן, פוליפרופילן ופוליאמיד משמשים בדרך כלל בייצור אטמים, רכיבי בידוד וצינורות בשל משקלם הקל, עמידותם בפני קורוזיה וקלות העיבוד שלהם. חומרי גומי כגון גומי טבעי וגומי סינטטי נמצאים בשימוש נרחב בייצור של טבעות איטום ורכיבים בולמי זעזועים בשל גמישותם הטובה, עמידותם בפני שחיקה ועמידותם בשמן. חומרים קרמיים כגון אלומינה קרמיקה וקרמיקת סיליקון ניטריד נמצאים בשימוש נפוץ בייצור כלי חיתוך וחלקים עמידים-לשחיקה בשל הקשיות הגבוהה שלהם, עמידותם בטמפרטורות גבוהות ועמידותם בפני קורוזיה.
חומרים מרוכבים הם סוג חדש של חומר שצמח בשנים האחרונות עם התפתחות מדעי החומרים. הם מורכבים משני חומרים או יותר שונים באמצעות שיטות פיזיקליות או כימיות ובעלי תכונות מעולות שאינן נמצאות בחומרים בודדים. בחלקי ציוד מכני, חומרים מרוכבים כגון חומרים מרוכבים של סיבי פחמן וחומרים מרוכבים של סיבי זכוכית נמצאים בשימוש נרחב בייצור חלקים קלים בתעופה וחלל, ייצור רכב ותחומים אחרים בשל חוזקם הגבוה, משקלם הקל ועמידותם בפני קורוזיה.
בנוסף, כמה חומרים מיוחדים כגון סגסוגות-בטמפרטורה גבוהה וחומרים קשים ממלאים גם הם תפקידים חשובים בחלקי ציוד מכני בתחומים ספציפיים. סגסוגות-בטמפרטורה גבוהה, כגון סגסוגות על בסיס-ניקל וסגסוגות על בסיס-קובלט, נמצאות בשימוש נרחב בייצור של רכיבים בטמפרטורה גבוהה- כגון מנועי תעופה וטורבינות גז, מכיוון שהן שומרות על תכונות מכניות מצוינות ועמידות בפני קורוזיה בטמפרטורות גבוהות. חומרים קשים במיוחד, כגון יהלום ובור ניטריד מעוקב, משמשים לייצור כלי חיתוך וחומרי שוחקים בשל קשיותם הגבוהה ביותר.
