钛及其合金的密度为4.5g/cm3左右，仅为钢的58％。不仅密度小，钛及其合金还具有比强度和比刚度高、抗腐蚀、耐疲劳、可焊接等一系列优越性，是20世纪最有发展前途的轻金属结构材料之一。但是，各种钛及其合金的成本是铝或钢的数倍，最低时也仅仅稍低于刚度比较高的石墨纤维复合材料。尽管钛合金可以用于车身、车架和悬挂件使车体减轻质量，但是成本有效性低，远远比不上铝合金及碳纤维复合材料。不过，因为复合材料的配件和附件最好由金属制成，选用钛合金作为复合材料的配件、附件角色是比较合适的，钛在航空航天上的应用占钛总产量的70％左右，在汽车工业中的占比虽然不多但是也有其自身的价值所在。
钛合金不仅与复合材料相匹配，而且它所具有的优良抗腐蚀性能也能有效抵御潜在的电化腐蚀。目前看来，用于汽车悬挂件或发动机阀门系统的弹簧圈、阀系统元件、排气系统都是比较理想的应用案例。
阀系统的“摆动”速度取决于元件的质量和阀弹簧中产生的力，较轻的阀系统允许使用更小的弹簧力，以得到某一特定的摆动速度。减小弹簧力也就减小了阀系统的摩擦，在保持同样的性能水平时，减小摩擦就能提高发动机的效率。钛合金阀、阀弹簧和支撑座比替代的钢部件轻50％左右，满足运行所需的弹簧力将质量减少50％，就能减少大约40％的摩擦，使发动机总摩擦减少10％左右，从而节约3％-4％的燃料，例如，14.8785km/L的四缸发动机超小型汽车将通过这种方式节约约0.4251km/L的燃油。
镁及其合金：
采用镁合金制作汽车零部件的历史已有90余年，迄今为止，在汽车上已有60多个零部件的制造可以采用镁合金，其中，仪表盘基座、座位框架、方向盘轴、发动机阀盖、变速箱壳、进气歧管、汽车车身都是镁合金普及率较高的部件。例如Mercedes-BenzAG发动机阀盖，采用AM60B合金制备，质量仅为3.2kg，与原来的阀盖相比减重约4kg，直接铸造成型省却了原有的机加工、装配、止动螺钉、金属挡油板和油漆，镁合金良好的高温蠕变性也有助于克服漏油问题。
由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，因此生产难度很大，在成型技术、常温力学性能，特别是强度和塑韧性方面有待于进一步提高。镁合金的耐蚀性能较差，现有的工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了镁合金在高温场合（150℃-350℃）的应用。相对而言，镁合金的合金系列较少，需要进一步的开发利用以便适应不同场合的应用要求。
铝及其合金：
铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜的1/3，在大多数环境条件下，在空气、水、石油化学和多种化学介质中，铝都显示出优良的抗腐蚀性。铝及其合金外观好、物理和力学性能良好，一些铝合金在强度上超过结构钢材，但是纯铝及某些铝合金的强度和硬度极低。铝合金的机加工性良好，可以用已知的所有方法浇铸成铸件或加工成材。
变形铝制品和铸造铝制品在汽车结构中应用广泛，一辆普通轿车的常用铝的质量约为295kg。砂型铸造、压力铸造和金属型铸造生产的铝铸件在引擎制造中是极其重要的；发动机机体、活塞、缸盖、进油管、曲柄箱、汽化器、变速箱和摇臂均为经常生产的构件。闸阀和卡钳式刹车器与其他铝构件一起在汽车设计中被大量采用。铸铝驾驶盘日益普遍，铝薄板用于制造车罩、车尾行李箱盖板、表面抛光装饰品、进气管和挡板。铝合金的应用成本相对于镁合金及钛合金来说要低很多，但是铝合金的焊接性能不佳，其焊后性能存在一定的问题，现在飞机上对铝合金的使用还是采用铆接结构。
碳纤维及其复合材料
碳纤维是纤维状的炭素材料，作为非金属的结构材料，其在汽车中也有不逊于上述三种轻量化金属的应用表现。除了炭素材料的一般特性，如密度小、导热、导电、自润滑性等优势外，碳纤维的线胀系数和摩擦因数低，具有优越的耐化学腐蚀性、耐高温、耐疲劳、抗蠕变和耐环境性等。而且它也是纤维材料中比模量最高的纤维，其拉伸强度与玻璃纤维相近，弹性模量是玻璃纤维的4-5倍。以碳纤维作为增强体的碳纤维增强环氧复合材料制品可采用模压、拉挤、缠绕、树脂传递模塑等方法制备，一般的使用温度在175℃以内，耐高温型的碳纤维增强环氧复合材料的使用温度可以达到300℃。
根据国内一家知名碳纤维制品制造商无锡威盛新材料科技有限公司的介绍，汽车轻量化设计开发已经开始重视以碳纤维的优势性能提升汽车的安全性、抗振动及耐碰撞性能。碳纤维具有极佳的能量吸收率，碰撞吸能能力是钢的6-7倍，比刚度是铝合金的5-7倍。例如一款碳纤维汽车低速吸能盒，重量仅为463.64克，与铝合金材质的产品相比重量又减轻了三分之一，其良好的导热效果保证其在吸收能量时能将热量迅速传导到外界，避免局部过热而发生爆炸。并且，碳纤维的力学性能在低温状态下几乎保持不变，在恶劣气候下还能够正常发挥吸能作用，在韧性上也比铝合金表现更好。因此，碳纤维吸能盒比碳钢和铝合金吸能盒有更好的溃缩吸能效果，类似的应用还有碳纤维保险杠等。威盛新材指出，近来在新能源汽车中使用碳纤维作为动力电池箱体的材料也是较为普遍的应用趋势。