از نخستین روزهای ایجاد فن‌آوری سه‌بعدی، مواد مختلفی مورداستفاده قرارگرفته‌اند. امروزه گستره وسیعی از مواد اولیه مختلف برای چاپ سه‌بعدی در انواع مختلفی وجود دارد. مانند (پودر، رشته، پلت، گرانول، رزین و غیره). همچنین امروزه مواد خاصی درحال‌توسعه هستند که برای عملیات دقیق و اهداف خاص مورداستفاده قرار می‌گیرند. (برای مثال استفاده در بخش دندانپزشکی) این مواد، موادی هستند که برای ساخت ابزار دقیق و تخصصی مورداستفاده هستند.
بااین‌حال مقدار بالایی مواد اولیه مخصوص وجود دارند که توسط شرکت‌های مختلف تولیدکننده چاپگر سه‌بعدی تولیدشده‌اند؛ که به اکثر این موارد خواهیم پرداخت. خصوصاً که در این مقاله قصد بررسی مواد اولیه‌ای که کاربرد عام‌تری دارند و چند مواد با پایداری بیشتر؛ خواهیم پرداخت.
پلاستیکها:
نایلون یا پلی‌آمید، معمولا به شکل پودر و در فرآیند پخت یا به‌صورت رشته‌ای و در فرآیند FDM مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده، ماده پلاستیکی بسیار قدرتمند، پایدار و منعطفی است که برای چاپ سه‌بعدی از اطمینان بالایی برخوردار است. این پلاستیک به‌صورت طبیعی سفید است؛ اما می‌توان آن را قبل از چاپ و یا بعد از چاپ رنگ کرد. همچنین این ماده را می‌توان با ترکیبات دیگری مانند آلومینیوم هم استفاده کرد.
ABS نیز نوعی خاص از پلاستیک است که در چاپگری سه‌بعدی استفاده می‌شود و با روند FDM و به شکل رشته مورداستفاده است. این پلاستیک از همان ابتدا با بازه‌ای وسیع از رنگ‌ها همراه است. این مواد را می‌توان از منابع غیرتجاری خرید که یکی از دلایل رایج نبودن این ماده است.
PLA را می‌توانید پلاستیکی دانست که کمی بهتر از دیگر پلاستیکها در محیط‌زیست تجزیه می‌شود و برای کاربرد ویژه‌ای از آن استفاده می‌شود. این ماده قادر است به‌صورت FDM و به شکل رشته‌ای و یا به‌صورت رزین و در قالب DLP/SL استفاده شود. با رنگ‌های مختلفی عرضه می‌شود مانند شیشه‌ای؛ که در برخی کاربردهای خاص مورداستفاده قرار خواهد گرفت. بااین‌حال از نظر انعطاف و دوام از ABS پایین‌تر است.
LayWood، ماده‌ای است مخصوص برای چاپ سه‌بعدی که برای چاپگرهای سطح ورود اکستروژن کاربرد دارد. این ماده در فرم مرکب چوب/پلیمر است (همچنین بانام WPC شناخته می‌شود).
فلزات:
گروه بزرگی از فلزات و مشتقات فلزات در چاپ سه‌بعدی صنایع، استفاده می‌شود. دو عدد از مشهورترین آنان را می‌توان آلومینیوم و مشتقات کبالت دانست.
یکی از قوی‌ترین و پرمصرفترین مواد مورداستفاده در چاپ سه‌بعدی را می‌توان فولاد ضدزنگ دانست. که به روش‌های EBM، ذوب و جوش مورداستفاده قرار می‌گیرد. همچنین به‌صورت طبیعی نقره‌ای‌رنگ است؛ با این حال می‌توان آن را به شکل رنگ‌های طلایی و برنزی نیز درآورد.
در چند سال اخیر طلا و نقره نیز به موادی تبدیل‌شده‌اند که می‌توان آنها را نیز به‌صورت مستقیم توسط چاپگر سه بعدی چاپ کرد؛ که کاربرد وسیعی برای صنعت طلا و جواهرات زینتی دارد. این‌ها موادی بسیار بادوام و قدرتمندی هستند که به‌صورت پودر استفاده می‌شوند.
تیتانیوم فلزی است که با نسبت قدرت به وزن بالا شناخته‌شده است. یکی از فلزهای قدرتمند مورداستفاده در چاپگرهای سه‌بعدی است و که در برخی کاربردها صنعتی که نیاز به‌قدرت بالا دارند، مورداستفاده قرار می‌گیرد. به‌صورت پودر و در فرآیندهای EBM، ذوب و جوش؛ قابل‌استفاده است.
سرامیک:
بر اساس تعریف ویکی‌پدیا: « به مواد (معمولاً جامد) ی که بخش عمده تشکیل‌دهنده آنها غیر فلزی و غیر آلی باشد، سرامیک گفته می‌شود.
این تعریف نه‌تنها سفالینه‌ها، پرسلان (چینی)، دیرگدازها، محصولات رسی سازه‌ای، ساینده‌ها، سیمان و شیشه را در بر می‌گیرد، بلکه شامل آهنرباهای سرامیکی، لعاب‌ها، فروالکتریک‌ها، شیشه-سرامیک‌ها، سوخت‌های هسته‌ای و … نیز می‌شود.»
سرامیک نیز گروه دیگری از موادی است که با سطوح مختلفی از موفقیت، قادر به استفاده در چاپ سه‌بعدی است. یکی از نکات مهم در مورد این چاپگر فرآیند بعد از چاپ آن است. سرامیک بعد از چاپ همانند دیگر روش‌های سنتی تولید محصول سرامیکی نیازمند مراحل خاصی است.
کاغذ:
استفاده از کاغذهای A4 عادی در چاپگرهای سه‌بعدی روشی انحصاری است که توسط فرآیند SDL ارائه‌شده توسط Macro Technologies، به‌کار گرفته‌شده است. این شرکت برخلاف دیگر شرکت‌های حاضر در فن‌آوری سه‌بعدی سعی دارد تا با استفاده از موادی ارزان و قابل‌دسترس برای همگان، به ساخت چاپگری سه‌بعدی ارزان‌قیمت بپردازد. کاغذ ماده‌ای است که اکثر افراد به‌راحتی می‌توانند به آن دسترسی داشته باشند و در کاربردهای غیرحرفه‌ای از آن استفاده کنند. چاپ سه‌بعدی با کاغذ که روشی به‌صرفه در چاپ سه‌بعدی است، بسیار قابل‌اطمینان است و سازگاری بیشتری با محیط‌زیست داشته و به‌راحتی بازیافت می‌گردد.
زیست ماده‌ها:
بر اساس تعریف ویکی‌پدیا: «بیومتریال، بیوماده یا زیست ماده (به انگلیسی: Biomaterial) به ماده‌ای با منشأ مصنوعی یا طبیعی گفته می‌شود، که به‌منظور بهبود، درمان، التیام و یا جایگزینی بافت موجودات زنده به‌کار می‌رود.»
تحقیقات زیادی درباره استفاده از زیست ماده‌ها در صنعت پزشکی و مهندسی پزشکی انجام‌شده است که باعث ایجاد اندام مصنوعی و دیگر موارد موردنیاز خواهد شد. به‌عنوان‌مثال در برخی موارد ساخت اسکلت‌های کمکی برای افراد ناتوان و یا ساخت ارگان‌های مصنوعی از بدن مانند ساخت چشم مصنوعی و غیره، بسیار پرکاربرد خواهد بود.
غذا:
آزمایش‌ها جهت دستیابی به روش‌هایی برای چاپ غذاهای مصنوعی و یا طبیعی با استفاده از چاپگر سه بعدی در چند سال اخیر رشد بالایی داشته است. شکلات یکی از موارد پراستفاده است. همچنین چاپگرهایی وجود دارند که از شکر و یا به‌صورت آزمایشی از پاستا و گوشت استفاده کرده‌اند. به‌تازگی نیز تحقیقاتی در حال انجام است که بتوان تمامی مواد مصرفی متعارف را چاپ کرد.
غیره:
در پایان یک شرکت، فن‌آوری یکتا و انحصاری جدیدی را پیشنهاد کرده است. این شرکت Stratasys نام دارد که فن‌آوریش برای چاپ وسایل سه بعدی استفاده می‌شود. فن‌آوری جدید این شکرت قادر است در چاپ سه‌بعدی از ترکیب‌های مختلفی استفاده کند. این مواد در غلظت و حالات مختلف در یک شیء قابل‌استفاده هستند؛ که شامل ۱۴۰ ماده گوناگون می‌شود.