Основные недостатки зубчатых колес, изготовленных из углеродистых сталей, — относительно низкая прочность и большое коробление при термообработке.

Легированные стали с содержанием хрома, никеля, молибдена и других легирующих элементов используют для изготовления высоконагруженных зубчатых колес В связи с малым содержанием углерода поверхностный слой зубчатых колес, изготовленных из легированных сталей, подвергается цементации и нитро цементации, а среднеуглеродистые — азотированию. После химико-термической обработки зубчатые колеса из этих сталей имеют высокие износостойкость, ударную вязкость, сопротивление усталости. Стоимость материала для зубчатых колес массового производства составляет обычно 50—55 % общей стоимости зубчатого колеса. Во многих случаях экономически целесообразнее изготавливать зубчатые колеса из высококачественных легированных сталей, значительно повышающих срок службы колес, надежность в эксплуатации. Значительно реже для зубчатых колес используют серый чугун, пластмассы, слоистые пластики и керамические материалы. Из серого чугуна изготавливают зубчатые колеса, работающие при малых окружных скоростях и передающие небольшие усилия. Зубчатые колеса из слоистых пластиков: текстолита, нейлона и других, работающие при высоких окружных скоростях (40—50 м/с), отличаются отсутствием шума при работе, плавностью передачи и способностью гасить вибрации. При этом они входят в зацепление с колесами, изготовленными из стали или твердого чугуна.