Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για τους επεξεργαστές αισθητήρων αποτελούνται συνήθως κυρίως από ημιαγωγικά υλικά-συγκεκριμένα πυρίτιο-λόγω της εξαιρετικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας του πυριτίου και του χαμηλού κόστους παραγωγής. Ως βασικό υλικό για τις περισσότερες ηλεκτρονικές συσκευές και επεξεργαστές, το πυρίτιο χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή επεξεργαστών αισθητήρων, ιδιαίτερα στην παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC) και μικροεπεξεργαστών. Το πυρίτιο όχι μόνο παρέχει την απαιτούμενη ηλεκτρική απόδοση, αλλά διατηρεί επίσης σταθερή λειτουργία σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, καλύπτοντας έτσι διαφορετικές περιβαλλοντικές απαιτήσεις.
Με τις εξελίξεις στην τεχνολογία, ορισμένοι επεξεργαστές αισθητήρων υψηλών προδιαγραφών μπορεί επίσης να ενσωματώνουν υλικά όπως το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN) και το καρβίδιο του πυριτίου (SiC). Τα GaN και SiC διαθέτουν ανώτερη κινητικότητα ηλεκτρονίων και βελτιωμένη αντίσταση ακτινοβολίας, που τους επιτρέπει να προσφέρουν ανώτερη απόδοση σε εφαρμογές υψηλής-ισχύς και υψηλής-συχνότητας. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται συχνά σε-ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής ισχύος και σε εξειδικευμένους επεξεργαστές αισθητήρων που απαιτούν εξαιρετική απόδοση-ιδιαίτερα σε σενάρια που απαιτούν δυνατότητες επεξεργασίας υψηλής-ακρίβειας και υψηλής-ταχύτητας.
Οι επεξεργαστές αισθητήρων ενδέχεται επίσης να χρησιμοποιούν κεραμικά ή μεταλλικά-υλικά. Αυτά τα υλικά προσφέρουν ενισχυμένη αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, διάβρωση και μηχανικούς κραδασμούς, καθιστώντας τα-κατάλληλα για χρήση σε επεξεργαστές αισθητήρων που αναπτύσσονται στην αεροδιαστημική, στρατιωτική και ορισμένα βιομηχανικά συστήματα ελέγχου.