由兩個或多個相組成的混合物。一般至少含有兩個相，一為分散相，另一為連續相（也稱基體）。它不僅發揮瞭各相的優點，而且還具有各單一相所沒有的某些特性（包括工藝、物理、力學和機械加工等性能）。
根據分散相的幾何形狀(粒狀、纖維狀和薄片狀)可分為三種基本類型，即顆粒型、纖維型和層合型。
顆粒型複合材料 將粒狀材料分散於基體中而製成。混凝土是此此類復合材料中最典型的代表，砂、石集料在其中起著提高剛度、減少收縮和節約水泥等作用。在聚合物中摻入砂、石集料，固化後具有很高的強度和較好的耐蝕、耐磨等性能（見聚合物混凝土）。加氣混凝土和硬質泡沫塑料也可歸入此類復合材料，其分散相為空氣泡。
纖維型復合材料 將非連續的短纖維或連續的長纖維配置於基體中制成。纖維對基體起著阻裂、增強和增韌等作用。20世紀40年代中出現的玻璃纖維增強塑料，不僅輕質、高強度，還具有較好的絕熱、電絕緣和耐蝕等性能。在工程上獲得日益廣泛的應用。60年代起由於各種高彈性模量、高強度、耐高溫的纖維材料陸續出現，一系列高性能指標的新型纖維增強塑料得到發展，以適應國防、宇航等工程的需要。在砂漿中配置鋼絲網，可顯著提高抗裂、抗滲等性能並可制成薄殼制品。水泥基體用纖維（金屬的、有機的或無機的）增強後，不僅具有較高的抗拉和抗彎強度，並能大幅度地提高韌性和抗沖擊強度（見纖維混凝土）。纖維增強鈦合金等的高溫性能比纖維增強塑料好，金屬基體的強度和剛度比樹脂高。陶瓷材料具有優異的耐高溫性能，比重小，但性脆，采用纖維增強能顯著提高其韌性。在玻璃中嵌入金屬絲或網，可使玻璃破碎時不致散落（見安全玻璃）。
層合型復合材料 將兩層或多層薄片膠合而制成。膠合板是此類復合材料中最常見的一種，將幾層木紋方向不同的木材薄板膠合成一整體，有利於提高強度並減小濕脹和幹縮（見木質人造板）。夾層玻璃是將兩層或數層平板玻璃用透明有機膠膠合而成，受沖擊破裂後其碎片不會濺散，若使用多層鋼化玻璃或夾絲玻璃，並用高強透明有機材料按一定結構膠合，可制得性能更為優越的防彈、防盜玻璃。混凝土和鋼板或纖維增強塑料復合，可顯著提高抗沖擊性並能防止液體和氣體的滲漏。由各種薄板和輕質芯材（如礦棉、玻璃棉、泡沫混凝土、硬質泡沫塑料等）所組成的夾芯板則兼具防滲、隔熱、隔聲等多種功能。
此外，也有將線狀材料配置於基體中，此類復合材料稱為配列型，如鋼筋混凝土和預應力混凝土等。
隨著原材料成本的下降和制造技術的改進，有些應用於國防、宇航等工程的新型復合材料也將逐步應用於民用工程。