先进的材料对于提高现代汽车的燃油经济性，同时保持安全性和性能至关重要。车辆重量减少10%可以带来6%-8%的燃油经济性改善，因为较轻的物体比较重的物体加速所需的能量更少。到2030年，美国四分之一的汽车中使用由先进材料制成的轻质部件和高效发动机，每年可节省50多亿加仑的燃料。
虽然任何汽车都可以使用轻质材料，但它们对混合动力汽车、插电式混合动力汽车和电动汽车尤其重要。在这些汽车中使用轻质材料可以抵消电池和电动机等动力系统的重量，提高效率并增加其全电动续航里程。另外，使用轻质材料可以使用更小、成本更低的电池，同时保持插电式车辆的全电动续航里程不变。
轻质材料的研究和开发对于降低其成本、提高回收能力、将其集成到汽车中以及最大限度地提高其燃油经济性效益至关重要。
目前，美国能源部车辆技术办公室（Vehicle Technologies Office，VTO）致力于通过四种方式改进材料：
通过建模和计算材料科学增加对材料本身的理解
改善其性能（如强度、刚度和延展性）
改进它们的制造方式（材料成本、生产率或产量）
开发先进材料合金
短期内，用高强度钢、铝或玻璃纤维增强聚合物复合材料等材料取代重型钢构件可以将构件重量减少10-60%。科学家们已经了解了这些材料的特性和相关的制造过程。研究人员正在努力降低成本，改进这些材料的连接、建模和回收过程。
从长远来看，镁和碳纤维增强复合材料等先进材料可以将某些部件的重量减少50-75%。VTO正在努力增加对这些材料的化学和物理特性的了解，并降低其成本。
高级高强度钢
先进的高强度钢比普通钢更坚固、更具韧性，可以将部件重量减少25%。它通常与现有制造和目前用于车辆的材料兼容。
VTO正在与美国汽车材料合作伙伴关系（US Automotive Materials Partnership，USAMP）以及汽车钢铁合作伙伴关系合作开发第三代先进高强度钢，其性能超过任何已证明的钢。增强的强度和可成形性可以提高材料在碰撞中的性能，同时允许公司使用传统技术制造部件。
铝
铝合金是介于短期和长期研究之间的垫脚石。由于铝在航空航天和建筑中的应用，科学家们对其特性和加工有了很好的了解。制造商目前将其用于汽车发动机罩、面板和动力总成部件，但在成本和制造方面面临障碍。当制造商将铝与其他材料结合在一起时，还面临着连接、腐蚀、维修和回收的问题。
VTO支持了许多基于铝材料的研究项目。太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）已经显著提高了用于重型卡车驾驶室部件的铝板的强度和延展性。VTO与PNNL和福特的合作目前正在努力改进制造商预处理铝板的方式，以提高冲压过程中的可成形性。
此外，PNNL和通用汽车公司的一个项目正在展示铝的“定制焊接板”，这是一种制造商将不同厚度的板材连接成单件的工艺，在需要的地方提供刚度，并在其他地方减轻重量。
虽然镁（Mg）可以将部件重量减少60%以上，但其使用目前仅限于汽车平均重量的1%以下。应用受限的主要障碍是：
原料镁成本高、价格不稳定
在低温下很难形成薄片
成品构件延展性低
与其他材料相比，合金材料有限
当用于多种材料系统时，很难连接、修复或回收，并且存在腐蚀问题
车辆技术办公室（VTO）正在联合INFINUM（一家金属生产和回收公司）、PNNL、USAMP和橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）开展各种研究，以克服这些障碍。这些研究带来了许多改进：
开发了新的制造工艺（用于大批量应用的板材温成型，一种用于生产超细晶粒板材的挤压加工工艺）
开发新的更好的合金
展示了将镁部件更广泛地集成到汽车中所需的一种重要类型的接头（搅拌摩擦焊镁钢接头）
开发了示范结构，允许制造商开发含有大量镁的汽车前端
开发了新的测试方法来表征镁的结构对类似汽车环境的反应
防止混合材料系统腐蚀的改进方法
开发了一种生产初级（原料）镁的新技术
碳纤维增强聚合物基复合材料可以减少60%以上的部件重量。虽然制造商在高性能汽车中使用碳纤维，但投入材料和开发过程的成本通常太高，无法用于流行车型。
VTO正在支持各种专注于降低这些成本的研究项目，目标是碳纤维的价格达到每磅5美元以下。ORNL正在研究通过使用价格较低的原材料以及提高转化率和成本来降低成本。Zoltek正在研究将碳纤维的标准前驱体（聚丙烯腈）与低成本木质素（一种源自植物的化合物）混合，以最大限度地降低成本，同时最大限度地提高聚丙烯腈的积极机械性能。
与此同时，Materials Innovation Technology公司正在开发使用回收碳纤维制造低成本碳纤维复合材料。美国能源部也正在支持材料创新技术公司的项目，该项目专注于汽车结构应用，由VTO和小企业创新研究基金共同资助。
PNNL和ORNL共同开发了计算工具，帮助他们更好地预测长纤维注塑碳纤维复合材料的性能。这些工具应该有助于行业加速注塑复合材料的开发，并降低设计优化特定性能的模具的风险。
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