Toutes les prothèses comportent des éléments métalliques et un élément central en plastique.
Les éléments métalliques sont destinés à la fixation à l'os sur une de leurs faces, au glissement sur l'autre.
Les éléments en plastique sont destinés à l'amortissement, au frottement, au glissement et aux mouvements.
Les matériaux utilisés pour les composants métalliques fémoraux et tibiaux sont le plus souvent des alliages à base de chrome et de cobalt.
L'alliage chrome/cobalt est le plus répandu en chirurgie orthopédique depuis plus de quarante ans.
C'est le matériau qui offre le plus de qualités mécaniques requises pour une prothèse de genou, c'est à dire une résistance à la rupture extrêmement élevée, une déformabilité quasi nulle et surtout des propriétés de glissement des surfaces polies qui sont les plus avantageuses de tous les matériaux actuellement disponibles hormis la céramique.
La céramique n'est pas utilisée dans les prothèses de genou car il n'est actuellement pas possible de réaliser des formes complexes en céramique à des prix accessibles.
Les matériaux en plastique sont réalisés en polyéthylène.
De très haut poids moléculaire (3 millions).
Selon des normes très strictes.
Le titane a été utilisé pour certaines parties prothètiques. Le titane à l'avantage de la légèreté mais il a l'inconvénient de ne pas offrir de bonnes surfaces de glissement.
Il n'est donc utilisé que dans les prothèses à plateau fixe au niveau de la pièce tibiale. Il ne doit pas être utilisé pour les parties intervenant dans le mouvement et le glissement de la prothèse.

Allergie et rejet des matériaux :
Bien qu'il exista des allergies individuelles à certains métaux, le chrome et le cobalt en particulier, ces manifestations allergiques ne sont connues que pour des applications cutanées. Il n'y a pas à l'heure actuelle d'allergies connues aux pièces prothétiques qu'il s'agisse des pièces métalliques ou de celles en polyéthylène et donc pas de rejet de ces dernières par un mécanisme allergique.
Lorsqu'une complication a été interprétée comme un rejet, il s'agit le plus souvent d'une infection de la prothèse par un germe microbien, mais pas d'un mécanisme allergique.