Piezolektrische Werkstoffe sind Materialien, die bei mechanischer Verformung eine elektrische Polarisation und damit eine messbare Spannung erzeugen (direkter piezoelektrischer Effekt) und umgekehrt bei Anlegen eines elektrischen Feldes eine reversible mechanische Deformation zeigen (inverser piezoelektrischer Effekt). Die mikroskopische Grundlage ist eine nicht‑zentrosymmetrische Kristallstruktur, in der elastische Verzerrungen zu einer Verschiebung der Ladungsschwerpunkte führen.

Technisch relevant sind vor allem piezoelektrische Keramiken, Oxide und Polymere. Klassische Hochleistungswerkstoffe basieren auf bleihaltigen Perowskiten wie PZT (Pb(Zr,Ti)O₃). Aus toxikologischen und regulatorischen Gründen rücken jedoch bleifreie piezoelektrische Werkstoffe, etwa (K,Na)NbO₃- und Bismut-Natrium-Titanat-basierte Systeme, zunehmend in den Fokus. Piezoelektrische Oxide mit wurtzitischer Struktur, insbesondere Aluminium-Nitrid (AlN), sind wegen ihrer chemischen Stabilität, hohen Schallgeschwindigkeit und CMOS-Kompatibilität für Dünnfilmresonatoren und RF-Bauelemente von zentraler Bedeutung.

Piezoelektrische Polymere (z. B. PVDF und seine Copolymere) bieten im Vergleich zu Keramiken geringere piezoelektrische Koeffizienten, zeichnen sich jedoch durch hohe Flexibilität, niedrige Dichte und gute Prozessierbarkeit aus und eignen sich daher für Sensorik auf gekrümmten oder weichen Substraten, etwa piezoelektrische Pflaster für biomedizinische Anwendungen und Energy Harvesting.

Für die Werkstoffauswahl sind Kenngrößen wie die piezoelektrischen Koeffizienten d_ij, die elektromechanische Kopplung k, die dielektrische Permittivität, Curie-Temperatur, mechanische Festigkeit und Ermüdungsresistenz entscheidend. Moderne Forschung adressiert Domänenengineering, Texturierung, Dünnfilmabscheidung und Grenzflächenkontrolle, um Leistungsdichte, Temperaturstabilität und Langzeitzuverlässigkeit piezoelektrischer Systeme weiter zu steigern.