הביצועים של חלקים מכניים תלויים במידה רבה בתאימות של התכונות הפיזיקליות, הכימיות והמכניות של החומרים שנבחרו לתנאי השירות שלהם. לחומרים שונים מאפיינים ייחודיים מבחינת חוזק, קשיות, עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בחום ויכולת עיבוד. בחירה מתאימה היא תנאי מוקדם להבטחת האמינות וחיי השירות של חלקים. בתחום התעשייתי, החומרים הנפוצים לחלקים מכניים כוללים בעיקר פלדת פחמן, פלדת סגסוגת, פלדת אל-חלד, מתכות אל--ברזליות וסגסוגותיהן, פלסטיקה הנדסית וחומרים מרוכבים. הם נמצאים בשימוש נרחב בהתבסס על דרישות פונקציונליות וסביבות הפעלה.
פלדת פחמן היא החומר הבסיסי ביותר לחלקים מכניים, בעלת יכולת עיבוד טובה וחוזק מסוים. הוא מתאים ליישומים עם עומסים מתונים ודרישות עמידות בפני קורוזיה נמוכות, כגון מחברים רגילים, סוגרים ורכיבי תמסורת-נמוכים. הוא זול בעלות וזמין באופן נרחב, אך הוא נוטה להחליד בסביבות לחות או קורוזיביות, לעתים קרובות דורש טיפול הגנה על פני השטח.
פלדת סגסוגת, המיוצרת על ידי הוספת יסודות סגסוגת כגון כרום, מוליבדן, ניקל ומנגן לפלדת פחמן, משפרת משמעותית את חוזקה, קשיחותה, עמידות הבלאי ועמידותה בחום. הוא נמצא בשימוש נרחב בייצור חלקים הנתונים לעומסים גבוהים, פגיעות או טמפרטורות גבוהות, כגון גלגלי שיניים, פירים, קפיצים וברגי חוזק- גבוה. ניתן להשתמש בפרופורציות של אלמנטים סגסוגים שונים כדי לייעל מאפיינים מסוימים באופן ספציפי; לדוגמה, כרום משפר את יכולת ההתקשות ועמידות בפני קורוזיה, בעוד מוליבדן משפר חוזק-טמפרטורות גבוהות ועמידות לזחילה.
פלדת אל חלד משתמשת בכרום כאלמנט הסגסוג העיקרי שלה. כאשר תכולת הכרום מגיעה לכ-10.5% ומעלה, יכול להיווצר סרט תחמוצת צפוף על פני השטח, מה שנותן לחומר עמידות מצוינת בפני קורוזיה. פלדת אל חלד אוסטינית (כגון 304 ו-316) משמשת לעתים קרובות במכונות מזון, ציוד כימי וחלקי סביבה ימית בשל הפלסטיות הטובה שלה ועמידות בפני קורוזיה. פלדת אל חלד מרטנסיטית יכולה להשיג חוזק וקשיות גבוהים יותר באמצעות טיפול בחום, מה שהופך אותה למתאימה לייצור כלי חיתוך, מיסבים וחלקים עמידים-.
מתכות לא-ברזליות וסגסוגות שלהן משמשות לעתים קרובות בחלקים מכניים עבור יישומים עם דרישות ביצועים מיוחדות. לאלומיניום וסגסוגות אלומיניום יש צפיפות נמוכה ומוליכות תרמית טובה, מה שהופך אותם למתאימים למבנים קלים ולרכיבי פיזור חום. לנחושת וסגסוגות נחושת יש מוליכות חשמלית ותרמית מצוינת, הנמצאת בדרך כלל במגעים חשמליים ובמחליפי חום. טיטניום וסגסוגות טיטניום הן בעלות חוזק ספציפי ועמידות בפני קורוזיה מצוינים, והן משמשות ברכיבי מפתח בתחומי דיוק- גבוהים כגון תעופה וחלל ויישומים רפואיים.
פלסטיק הנדסי וחומרים מרוכבים ראו יישומים הולכים וגדלים בשנים האחרונות. לפלסטיקה הנדסית כמו ניילון ופוליאוקסימתילן (POM) יש תכונות -סיכה עצמית, רעש- נמוכות וקלות משקל, מה שהופך אותם למתאימים לרכיבי העברת עומסים קלים- ולתותבים עמידים- בפני בלאי. חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי פחמן משלבים חוזק ספציפי גבוה ונוקשות גבוהה, ומשמשים בציוד-מתקדם להפחתת משקל ושיפור ביצועים דינמיים. עם זאת, הטמפרטורה ועמידותם במזג האוויר מוגבלים יחסית, דבר המצריך הערכה מקיפה של תנאי ההפעלה בעת בחירתם.
בחירת החומר חייבת לשקול באופן מקיף תכונות מכניות, התאמה סביבתית, טכנולוגיית עיבוד וכלכלה. במהלך שלבי התכנון והייצור, יש לקחת בחשבון את סוג העומס, טמפרטורת הפעולה, מדיום המגע ודרישות הדיוק של הרכיבים, יחד עם מפרטי האספקה של החומר ומאפייני הטיפול בחום, לצורך התאמה. יש לאמת את ביצועי השירות-לטווח ארוך באמצעות בדיקות. בחירת חומרים מדעיים יכולה לא רק לשפר את הביצועים של רכיבים, אלא גם להפחית את עלויות התחזוקה ולהאריך את החיים הכוללים של הציוד. לכן, יש לו משמעות יסודית ומכרעת בתכנון וייצור מכניים.
