PEM kan fremstilles av enten rene polymermembraner eller fra komposittmembraner, der andre materialer er innebygd i en polymermatrise. Et av de vanligste og kommersielt tilgjengelige PEM-materialene er fluorpolymeren (PFSA) Nafion, et DuPont-produkt. Mens Nafion er en ionomer med en perfluorert ryggrad som Teflon, er det mange andre strukturelle motiver som brukes til å lage ionomerer for protonbyttermembraner. Mange bruker polyaromatiske polymerer, mens andre bruker delvis fluorerte polymerer.