用作光彈性實驗的理想材料，必須具有較靈敏的應力雙折射效應，無色透明，無毒，材質均勻，在受力前是各向同性的；此外，還應具有較高的光學、力學比例極限，較小的初應力和時間邊緣效應，較小的光學和力學蠕變，以及加工性能好等。在三維光彈性實驗中，還須具有良好的凍結性能，容易鑄造和加工。
玻璃是最早用作光彈性模型的材料之一。早在1913年，法國A.-C.-M.梅斯納熱曾用玻璃製成一座完整的橋樑模型，用光彈性法研究其應力分佈。英國E.GG.科克爾在早期工作中，也曾用玻璃作過光彈性實驗。但在以後的大量研究工作中，幾乎都用賽璐珞材料。德國G.梅斯梅爾曾用賽璐珞制成一個完整的機車模型。美國M.M.弗羅赫特在20世紀30～40年代所作的光彈性實驗，大都用酚醛樹脂作模型。進入50年代，開始在光彈性實驗中應用環氧樹脂，使光彈性法很快進入實用階段，促進瞭三維光彈性應力分析的發展。環氧樹脂基本滿足上述光彈性材料的性能要求，普遍用來制作光彈性模型。但在某些特殊場合，仍可根據實驗要求采用其他材料。例如，明膠的光學靈敏度很高，常用於研究自重產生的應力（如壩體和隧洞周圍的應力）；又如，聚亞胺酯橡膠的彈性模量很低，而光學靈敏度很高，可用於動態光彈性實驗，以研究動態應力問題。有時為瞭特殊需要，也可改變固化工藝、選擇不同的原料配合比、采用其他添加劑等，以獲得不同性能的模型材料。如加入不同含量的增塑劑，可改變光彈性材料的室溫彈性模量；加入白炭黑，可增加散射性，適於用作散光光彈性實驗。因此，探索和研制新型光彈性材料及其固化、凍結工藝，是完善光彈性法的一個重要方面。