החומר העיקרי לפסלי ברונזה הוא ברונזה-סגסוגת המורכבת בעיקר מנחושת, כאשר פח הוא האלמנט התוסף הנפוץ ביותר. נחושת מציעה גמישות מעולה ועמידות בפני קורוזיה, המבטיחה מידה של קשיחות בחומר; תוספת הפח משפרת את הקשיות, החוזק והיציקה של הסגסוגת, מה שהופך אותה למתאים במיוחד ליצירת פסלים מורכבים. לברונזה מותכת יש נזילות טובה, המאפשרת לו לזרום לפרטים הקטנים ביותר של תבנית-כגון תווי פנים, קפלי לבוש, שיער ודפוסים דקורטיביים-ועל ידי כך הופכים אותם בבהירות יוצאת דופן.
פסלי ברונזה עשויים להכיל גם כמויות עקבות של יסודות אחרים, כגון עופרת, אבץ וברזל. קומפוזיציות אלו אינן אחידות בכל פסלי הברונזה אך משתנות בהתאם לעידן הבריאה, האזור, האומנות והדרישות הספציפיות. לדוגמה, הוספת כמות קטנה של עופרת משפרת את נזילות הברונזה המותכת, ומקלה על תהליך היציקה, בעוד שאלמנטים כמו אבץ יכולים להשפיע על תכונות הסגסוגת וצבעה. כתוצאה מכך, לעתים נדירות ניתן להגדיר את כל פסלי הברונזה על ידי נוסחה אחת וקבועה; מתכוני סגסוגת שונים מביאים לשינויים לגבי קשיות, צבע, משקל ויכולת עבודה.
מאפיין בולט נוסף של ברונזה הוא שפני השטח שלו עוברים שינויים טבעיים לאורך זמן. עם חשיפה לאוויר וללחות, המתכת מתחמצנת בהדרגה ונשחקת, ויוצרת שכבת פני שטח חדשה- המכונה בדרך כלל "פטינה" או "שכבת חלודה". כתוצאה מכך, המשטחים של פסלי ברונזה עתיקים עשויים להציג גוונים שונים, כגון ירוק, כחול-אפור או חום כהה; שינויים אלו תלויים לא רק בחומר עצמו אלא גם בגורמים סביבתיים ובתנאי שימור. בזכות עמידותו יוצאת הדופן והיכולת שלו ללכוד צורות מורכבות ופרטים עדינים באמצעות יציקה, ברונזה הפכה זה מכבר לחומר מועדף ליצירת פסלים, כלים ויצירות אמנות מונומנטליות.
