PCB:t koostuvat pääasiassa substraattimateriaalista ja johtavasta kuparikalvosta. Eri materiaalit vaikuttavat suoraan piirilevyn sähköiseen suorituskykyyn, lämmönpoistoon, mekaaniseen lujuuteen ja käyttöympäristöön. Tällä hetkellä eniten käytetty materiaali on FR-4, lasikuitukankaasta ja epoksihartsista valmistettu komposiittimateriaali. Sillä on erinomainen eristys, lämmönkestävyys ja mekaaninen lujuus, mutta se on myös kohtuuhintainen, joten sitä käytetään laajasti tietokoneiden emolevyissä, teollisissa ohjausjärjestelmissä, virtalähdelaitteissa ja kulutuselektroniikassa. FR-4:llä on myös hyvä prosessointikyky, joka täyttää monikerroksisten piirilevyjen ja tiheän johdotuksen tarpeet, joten se on elektroniikkateollisuuden yleisin piirilevysubstraatti.
Kuparikalvon materiaali ja pintakäsittely PCB-pinnalla ovat yhtä tärkeitä. Kuparifolio jaetaan tyypillisesti elektrolyyttiseen kupariin ja valssattuihin kupariin; eri tyypit vaikuttavat piirien johtavuuteen ja joustavuuteen. Juotettavuuden ja hapettumisenkestävyyden parantamiseksi PCB-pinnat läpikäyvät prosesseja, kuten tinauksen, upotuskulta-, immersiohopea- ja OSP (Optically Solderable Precision) -käsittelyn. Upotuskulta tarjoaa korkean tasaisuuden ja vahvan korroosionkestävyyden, joten se soveltuu erittäin-tarkkoihin ja erittäin{4}}luotettaviin elektronisiin tuotteisiin. tinaus sen sijaan on halvempaa ja sitä käytetään yleisesti tavallisten elektroniikkatuotteiden massatuotannossa. Elektroniikkateollisuuden siirtyessä kohti suurempia nopeuksia, pienempiä kokoja ja parempaa luotettavuutta, myös piirilevymateriaaleja päivitetään jatkuvasti vastaamaan monimutkaisempia ja vaativampia sovellusvaatimuksia.
