スチールは自転車のフレームとしては長い歴史を持つ素材で、実用車を始めロードバイク、マウンテンバイク、シクロクロス、BMX など、ほぼ全ての種類の自転車に用いられる。重量の点を除けば、強度や振動吸収性など、自転車フレームとしては最も理想的な素材の一つである。特に実用車など強度や耐久性が重視される車両においては、様々な素材が出てきた現在においても、最もポピュラーな存在であり続けている。ただし、競技用フレームとしての地位は軽量なカーボンフレームに完全に奪われ、レギュレーションで特に素材の規定がある競技（日本の競輪など）を除き使用される事はほとんどなくなった。
炭素繊維強化プラスチック.
アルミニウム合金.
またメーカーによってはスカンジウムなどを添加した独自の特殊な合金を採用しているところもある。
ショック吸収性が低いアルミニウムの欠点を補うため、シートステーまたはリア三角のみをカーボン素材としたカーボンバックモデルも一般化してきているほか、チューブやフレームデザインの改善により剛性バランスを調整したフレームが主流になりつつある。
チタン.
最近は、カーボン・アルミ素材の性能向上や、カーボンバックなどのハイブリッドフレームに押され、市場としては縮小傾向にあるが、独特な乗り味（アルミフレームとクロモリフレームの中間と言われる）と独特の光沢などが一定の支持を受け続けている。
マグネシウム.
素材特性としては内部損失が大きいことがあげられる。つまり、スチールやチタンのような反発力のある振動吸収ではなく、振動のエネルギーをフレームが減衰させてしまう(振動のエネルギーは熱に変わる)特徴がある。
木材.
木材は衝撃吸収性が良く、初期のロードバイクでは木材がリムの素材に使われていた。『木リム』である。このような観点から木材を水蒸気で曲げ加工してフレームにしたり、樹脂素材で固めてフレームとして作製するビルダーも存在する。ただし、形成作業が一貫して手作業である事、素材の本質が必ずしも均一でない事から大量生産には向かない。また需要からしてあまりなく、あくまでもマニア向け、またはインテリアのオブジェとして使われる事が多い。
竹.