高精齒輪的材料及熱處理對高精齒輪的使用性能和壽命有很大的影響，選擇時主要考慮高精齒輪的工作條件、結構尺寸、失效形式(如折斷、磨損或點蝕等)，使其具有良好的力學性能。常用的高精齒輪材料及其熱處理方法有：

(1)中碳鋼(如45鋼)進行調質或表面淬火，綜合力學性能較好，用于低速、輕載或中載的一些不重要的齒輪。
(2)合金調質鋼(如40Cr)進行調質或表面淬火，綜合力學性能更好，且熱處理變形小，適用于中速、中載及精度要求較高的高精齒輪。
(3)合金滲碳鋼(如20Cr，20CrMnTi)進行滲碳淬火或液體碳氮共滲，齒面硬度可達58HRC，且心部有較高韌性，適用于高速、重載和或有沖擊載荷的高精齒輪。
(4)鑄鐵及其他非金屬材料(如尼龍、夾布膠木等)。這些材料強度低、易加工，適用于一些輕載的齒輪。