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THz微结构功能器件离不开构成这些器件的材料的支撑，这些材料或者作为器件的基底和波导材料，如电介质、聚合物、金属等；或者作为对器件起核心调控作用的功能材料，如半导体、磁光材料、相变材料和双折射材料等。研究材料在THz波段的性质和外场对功能材料性质的影响是探究THz功能器件的基础，器件结构的设计需要以材料特性为基础展开。
材料的电磁性质由介电常数
ε
（
ω
）
=ε
1
（
ω
）
+
i
ε
2
（
ω
）和磁导率
μ
（
ω
）
=
μ
1
（
ω
）
+
i
μ
2
（
ω
）来描述，其中
ω
为入射波的圆频率。实验上可以测量的是材料的复折射率
（
ω
）
=
=n
（
ω
）
+
i
κ
（
ω
），其中
n
为折射率，反映电磁波在材料中传播时相位的变化；
κ
为消光系数，反映电磁波在材料中传播时吸收的大小。在非磁性材料对应
μ
=1的情况下，
与
ε
的关系为
电磁波在材料中的吸收损耗通过 I （ x ） =I 0 e -αx 来描述，其中吸收系数 α 表示为
式中， c 为真空中的光速。
材料的色散关系可以用多种物理模型描述，其中德鲁德（Drude）模型将材料中的自由载流子看作等离子体，即自由电子气体，只考虑自由载流子的输运性质，而不考虑晶格势、电子-电子相互作用以及电子与晶格间的碰撞。大多数非谐振材料在THz波段的介电性质都可用该模型加以描述：
式中， ε b 为极高频下内带束缚电子的介电常数； γ 为自由电子的碰撞频率， γ= 1/ τ ，其中 τ 为碰撞弛豫时间，其典型值为10 -14 s； ω p 为等离子体频率，表示为
式中， n 为载流子浓度； ε 0 为真空中的介电常数； e 为电子电荷量； m * 为载流子有效质量。当 ω > ω p 时，材料表现出介质特性，电磁波可以低损耗地透过；当 ω < ω p 时，材料表现出金属性，明显地吸收或反射电磁波。
这一模型下的电导率表示为
式中，直流电导率 σ 0 表示为
因此式（2.3）也可等价表示为
本书涉及的大多数天然材料的THz响应都遵循Drude模型，即这样的材料在THz波段不存在明显的共振吸收峰。而具有明显的共振或强介电弛豫的材料（如水蒸气和乙醇）需要使用洛伦兹（Lorenz）模型或德拜（Debye）模型加以描述。人工电磁微结构的THz谐振响应往往遵循Lorenz模型或法诺（Fano）模型，后面涉及时将做详细描述。
金属在THz波段的电磁性质可用Drude模型进行描述。常见金属的直流电导率都在10
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S/m量级，由式（2.6）可知其满足
ω
p
ω
，落在远大于THz频率的可见和紫外波段，且
ω
τ
-1
，因此式（2.5）和式（2.7）分别简化为
例如对于铜， σ 0 = 6.7 × 10 7 S/m， τ= 25fs，则其在THz波段的介电函数表示为
式中，频率
f=ω
/2π。因此，金属在THz波段满足
ε
1
ε
2
，且
ε
1
是与频率无关的负常数，故也可将式（2.7）简化为
ε
（
ω
）≈i
σ
0
/（
ε
0
ω
），而
n
≈
κ=
。THz波在材料中的趋肤深度
δ
表示为
式中， μ 0 为真空中的磁导率。
金属在THz波段的反射率表示为
因此，金属在THz波段的电磁性质仅与其直流电导率有关。常见金属在1THz的趋肤深度小于100nm，而反射率高于99%，接近于理想金属的电磁性质，这使得由金属构成的反射和波导结构器件具有很低的损耗。
基本的THz元件如窗口、基底和透镜等通常需要由对THz波透明的介质材料构成，这些材料主要包括聚合物、电介质和半导体。高密度聚乙烯（HDPE）、聚四氟乙烯（PTFE）等聚合物在THz波段都是低损耗和低色散材料，其在1THz的吸收系数小于0.5cm -1 ，并随频率呈二次方增长，折射率一般在1.4~1.5。常用的THz电介质材料是熔融石英、石英晶体和蓝宝石晶体，其中后两种材料在THz波段表现出一定的双折射特性。Si、Ge、GaAs等常用的半导体材料对THz波也是低损耗的。高阻硅（载流子浓度小于4×10 11 cm -3 ，电阻率大于10kΩ·cm）是THz波段最重要的无损和非色散材料，其载流子效应和晶格振动都远小于上述其他材料，在小于3THz内的吸收系数小于0.1cm -1 ，折射率为3.4175，色散不大于0.0001。
在THz功能器件设计中仅有高阻硅可视为无损材料，而对上述其他透明THz材料来说，当器件在传播方向的尺度为亚毫米或毫米量级时可忽略材料损耗，但当尺度超过厘米量级时就应当考虑材料对THz波的吸收。
半导体与聚合物、电介质的重要区别在于半导体具有载流子效应，即当热、光、电激励时或通过化学掺杂时，半导体中的自由载流子浓度会发生变化。Drude模型下，可以认为聚合物和电介质的电导率为0，而半导体的电导率是可调控的，满足式（2.3）~式（2.7）。因此在THz功能器件设计中，半导体材料也常作为功能材料，而当要避免外场对器件基底产生影响时，常用电介质或聚合物作为器件的基底。
除了金属和介质材料外，本书涉及多种THz功能材料，包括液晶双折射材料，InSb和GaAs半导体材料，铁氧体、InSb和磁流体等磁光材料，VO 2 相变材料。这些功能材料在外场激励下对THz波的电磁响应会发生变化，对器件的可调控特性起重要作用。这些材料的介电响应均以Drude模型为基础，又各有特点，需要在后面章节中结合器件的功能展开专门介绍。