In den Werkstoffwissenschaften bezeichnen Bibliotheken heute vor allem systematisch aufgebaute Sammlungen von Materialien oder Materialdaten. Man unterscheidet physische Materialbibliotheken von digitalen Datenbibliotheken.

Physische Materialbibliotheken umfassen geordnete Kollektionen von Proben mit definierten Zusammensetzungen, Herstellungsparametern und charakterisierten Eigenschaften. Ein prominentes Beispiel sind Hochdurchsatz-Materialbibliotheken für Dünnschichten, bei denen kontinuierliche oder diskrete Kompositionsgradienten (z.B. in Legierungen, Oxiden oder funktionalen Schichten) auf einem Substrat erzeugt werden. Mittels automatisierter Charakterisierung (z.B. XRD, optische und elektrische Messungen) können so in kurzer Zeit Phasendiagramme, Struktur–Eigenschafts-Beziehungen und optimale Zusammensetzungen identifiziert werden.

Digitale Materialdatenbibliotheken (z.B. ICSD, Materials Project, MatWeb) speichern strukturierte Informationen zu chemischer Zusammensetzung, Kristallstruktur, thermomechanischen und funktionalen Eigenschaften sowie Prozessparametern. Moderne Datenbibliotheken integrieren experimentelle, Simulations- und ab-initio-Daten und stellen standardisierte Schnittstellen (APIs) für Datenanalyse, Machine Learning und inverse Materialsuche bereit.

Zentrale Aspekte wissenschaftlicher Materialbibliotheken sind: konsistente Metadaten und Ontologien, Rückführbarkeit von Messdaten, Validierung und Unsicherheitsquantifizierung, sowie Versionierung von Datensätzen. Sie sind eine Schlüsselkomponente von Materials Informatics und beschleunigten Designansätzen (ICME, Materials Genome Initiative), da sie systematische Exploration des Werkstoffraums und datengetriebene Werkstoffentwicklung ermöglichen.