Vật liệu dùng cho bộ xử lý cảm biến thường chủ yếu bao gồm vật liệu bán dẫn-cụ thể là silicon-do tính dẫn điện tuyệt vời của silicon và chi phí sản xuất thấp. Là vật liệu nền tảng cho hầu hết các thiết bị và bộ xử lý điện tử, silicon được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bộ xử lý cảm biến, đặc biệt là trong sản xuất mạch tích hợp (IC) và bộ vi xử lý. Silicon không chỉ mang lại hiệu suất điện cần thiết mà còn duy trì hoạt động ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng, từ đó đáp ứng các yêu cầu đa dạng về môi trường.
Với những tiến bộ về công nghệ, một số bộ xử lý cảm biến cao cấp-cũng có thể kết hợp các vật liệu như Gallium Nitride (GaN) và Silicon Carbide (SiC). GaN và SiC có độ linh động điện tử vượt trội và khả năng chống bức xạ nâng cao, cho phép chúng mang lại hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng-công suất cao và tần số{3}}cao. Những vật liệu này thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử công suất cao và bộ xử lý cảm biến chuyên dụng đòi hỏi hiệu quả vượt trội, đặc biệt là trong các tình huống yêu cầu khả năng xử lý tốc độ cao và độ chính xác cao.
Bộ xử lý cảm biến cũng có thể sử dụng vật liệu làm từ gốm hoặc kim loại-. Những vật liệu này giúp tăng cường khả năng chống lại nhiệt độ cao, ăn mòn và sốc cơ học, khiến chúng-rất phù hợp để sử dụng trong bộ xử lý cảm biến được triển khai trong hàng không vũ trụ, quân sự và một số hệ thống điều khiển công nghiệp nhất định.