In den Werkstoffwissenschaften bezeichnet der Begriff Substitute alle Stoffe, Werkstoffe oder Werkstoffsysteme, die gezielt an die Stelle eines etablierten Materials treten, um eine vergleichbare oder verbesserte Funktion zu erfüllen. Dies kann mechanische, thermische, chemische, optische oder energietechnische Funktionen betreffen. Zentrale Treiber für Substitution sind begrenzte Ressourcen, Kosten, ökologische Anforderungen und regulatorische Vorgaben.

Ein prominentes Beispiel ist der fossile Brennstoffersatz, bei dem konventionelle kohlenstoffbasierte Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas) durch alternative Energieträger oder Energiewandler (z. B. biogene Festbrennstoffe, Wasserstoff, synthetische Kraftstoffe, Batteriematerialien) ersetzt werden. Werkstoffseitig erfordert dies die Entwicklung geeigneter Funktionsmaterialien mit angepasster Stabilität, Leitfähigkeit, Katalyseaktivität oder Zyklenfestigkeit.

Substitution ist grundsätzlich kein 1:1-Austausch, sondern ein multidimensionaler Optimierungsprozess: Ein Substitute muss Zielgrößen wie Lebensdauer, Betriebssicherheit, Verarbeitbarkeit und Verfügbarkeit erfüllen, ohne negative Systemeffekte (z. B. kritische Rohstoffe, erhöhte Umwelttoxizität) zu verstärken. Daher werden Lebenszyklusanalysen, techno-ökonomische Bewertungen und Risikoanalysen zunehmend integraler Bestandteil der Werkstoffsubstitution.

In der Forschung werden Substitute häufig über struktur‑eigenschafts‑beziehungen entwickelt. Durch gezielte Modifikation von Mikrostruktur, Phasenanteilen und Grenzflächen können funktionale Ersatzwerkstoffe maßgeschneidert werden, die nicht nur vorhandene Materialien ersetzen, sondern ganz neue Anwendungsfenster eröffnen.