Füllstoffe (fillers) sind disperse, meist partikuläre oder faserförmige Zusatzstoffe, die einer Matrix – typischerweise Polymeren, Metallen oder anorganischen Bindern – zugesetzt werden, um ausgewählte Eigenschaften gezielt zu modifizieren und häufig auch die Kosten zu senken. Im Unterschied zu kontinuierlichen Verstärkungsfasern werden Füllstoffe statistisch verteilt eingebracht und können von nanoskaligen Partikeln bis zu groben Korngrößen reichen.

Man unterscheidet u. a. anorganische Füllstoffe (z. B. Calciumcarbonat, Silikate), Metallfüllstoffe (z. B. Al-, Cu-Partikel), Graphitfüllstoffe sowie Kohlenstoff-Nanofüller (z. B. CNTs, Graphen). Nanofüller besitzen aufgrund hoher spezifischer Oberfläche und Aspektverhältnisse ein besonders hohes Modifikationspotenzial, erfordern aber eine sorgfältige Dispergierung und Oberflächenfunktionalisierung.

Füllstoffe dienen der mechanischen Verstärkung (Verstärkungsfüllstoffe), der Einstellung der Dichte, des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Wärme- und elektrischen Leitfähigkeit, der Flammhemmung sowie tribologischer Eigenschaften. In polymeren Matrizen beeinflussen sie zudem Rheologie und Schrumpfverhalten. Im Bereich des Schweißens und Lötens bezeichnet „Füller“ beziehungsweise „Fülldraht“ hingegen zumeist das zugeführte Zusatzmetall, das die Fuge füllt und Zusammensetzung sowie Gefüge der Naht bestimmt.

Die Wirksamkeit von Füllstoffen hängt von Partikelgröße, Form, Oberfläche, Grenzflächenhaftung zur Matrix und Volumenfraktion ab. Kritische Aspekte sind Agglomeration, Benetzung, Spannungsübertragung und mögliche Defektbildung. Eine präzise Auslegung der Füllstoffsysteme ist zentral für die Entwicklung leistungsfähiger, zuverlässiger Verbundwerkstoffe.