鋼、鋁、鈦、碳纖維是現在自行車車架比較常用的材質，每一種材料的都有它的優點和缺點，只能說合適自己的才是最理想的。

用于自行車的所有金屬都是合金。沒有純鐵（鋼是鐵和碳的混合物）、純鋁、純鈦制造車架的，碳纖維略有不同。

賣車的經常會提到使用航空級金屬——但實際情況是，無論是用于飛機還是自行車車架，這些所謂的級別只不過是指定的合金都必須符合的某些質量要求。聲稱由“軍用級”材料制成的自行車與不是由“軍用級”材料制成的自行車之間可能沒有區別。

決定自行車車架的兩個主要因素：剛性和韌性。剛性越大、越不容易變形，但是會直接斷裂（剛性通常通過楊氏模量（Young's modulus）決定，楊氏模量越大，越不容易發生形變。）。韌性：材料的韌性與剛性相反，堅韌的材料更具延展性，因此比斷裂更容易變形。出于安全考慮，車架最好能在斷裂前先變形，因為這可以作為對即將到來的騎手的警告。

鋼

鋼是所有工程材料之母。它非常耐用且制造成本低廉，鋼框架的減震效果也很好，同時易于被修復。

鋼的剛性是鋁的三倍，是鈦的兩倍。

同時鋼容易生銹，當然不銹鋼在很大程度上解決了該問題。

由于密度較大（相比較其他材料）所以鋼架車更重，隨著超高強度鋼（UHS）的引入，使得鋼管可以做的更薄，理論上如果管子足夠細，，就可以制造出重量與現在最輕的車架差不多的車架。然而，耐用性會受到很大影響，因為這種薄壁管非常容易凹陷、損壞和彎曲。組裝薄壁管也也比較難以組裝，焊接產生的熱量會影響熱處理并降低焊接區域的強度。

鋁

鋁的剛性僅為鋼的 1/3左右。

鋁比鋼輕，對于其結構目的來說足夠耐用，非常實用，最重要的是，價格實惠 。

自行車行業使用的主要鋁合金有兩種——6061 和 7005（根據合金的成分不同命名）。后者相對貴一些。由于 6061 更具延展性，制造車架的時候，可以很容易液壓成型，這種現成且經濟高效的金屬更適用于入門級自行車車架，但也用于高性能車架。

鈦

鈦的剛性是鋼的一半。

鈦的密度是比鋁大比鋼輕，大約是鋁的兩倍，是鋼的一半左右。因此它更像是鋁跟鋼的一種折中產品。

鈦起源于航空航天工業，在那里被廣泛使用。3Al-2.5V 是使用最廣泛的合金，但也存在性能更高的 6Al-4V。

它非常耐磨和耐腐蝕，這也是它經常未上漆的原因。

提煉和加工的成本較高，所以大多數制造商并沒有廣泛的使用這種材料。

碳纖維

碳纖維是一種復合材料，它是由至少兩種不同的材料組合而成的材料，通常具有不同的物理和化學性質。

碳纖維由于足夠輕，同一尺寸內剛性足足是鋼的三倍

碳纖維的重量約為1.55 g/cc，幾乎是鋁的一半。

碳纖維是一種“脆弱”的材料，材料一旦出現問題就會無法再繼續使用，但是碳纖維的輕盈和剛度使其成為自行車車架的首選材料，尤其是在競技自行車比賽中。

其他材料

雖然碳纖維、鈦、鋼和鋁是迄今為止自行車車架最常用的材料，但也有一些更罕見的選擇。

鈧：鈧車架實際上是一種鋁合金，含有少量鈧，以及其他金屬。鈧含量可以提高合金管的強度。

鎂：一些自行車和自行車零件是由鎂合金制成的，鎂合金比鋁更輕，也更堅固，但硬度較低。它在 1990 年代初達到鼎盛時期，當時 Kirk Precision 鎂合金自行車車架參加了環法自行車賽。

竹：作為天然材料柱子也被用來做自行車架，用戶評價似乎不錯，因為良好的減震，但是竹制的車會更沉重一些。

亞麻：亞麻也被用作自行車車架的組成部分，通常與碳纖維結合使用，因為據稱它比單獨使用碳纖維更好地吸收振動。LOOK 765耐力自行車系列就是用的這種纖維。

在所有材料中，鋼用于自行車車架制造的傳統歷史最悠久。它在 20 世紀末和 21 世紀初經受住了鋁的“挑戰”，但現在面臨著來自碳纖維的更嚴峻的挑戰。