碳纤维自行车最大的优势在于轻量化和高强度，同等规格下重量明显比铝合金更轻，同时抗拉强度能达到铝合金的两倍左右。不过这种材料最大的短板是耐久性不如金属，长期暴晒或剧烈撞击可能导致内部结构损伤，而且修复难度相当大。目前高端竞赛级自行车普遍采用碳纤维，但日常骑行可能会遇到维护成本较高的问题。
铝合金自行车的特点是重量介于碳纤维和钢之间，强度虽然比不上碳纤维但比高碳钢要强，特别是7000系和7500系铝合金的刚性表现很突出。这种材料制成的车架普遍偏硬，能直接传递路面震动，缺乏韧性带来的缓冲效果。现在很多中高端整车普遍采用铝合金车架搭配碳纤维前叉的组合，算是兼顾成本和性能的折中方案。
高碳钢材质的自行车现在确实比较少见，虽然强度表现是三种材料中最差的，重量也比铝合金车架重60%以上，但钢材特有的韧性吸能特性让骑行体验更舒适。近年随着冶炼技术进步，部分顶级钢架的售价甚至超过普通碳纤维车架，不过这类产品主要还是面向收藏级用户，市场上实际流通量很少。