光存储材料是光存储技术研究的关键。包括无机卤化银胶片、有机光存储材料和半导体无机相变材料等。

以卤化银微晶作为光敏物质的感光材料无机卤化银胶片，由支持体和涂在支持体上的乳剂层构成，其支持体有玻璃板、纸基、醋酸纤维素片基和聚酯片基，乳剂层的基本成分是明胶和卤化银，不同用途的感光材料采用不同的支持体。无机光存储材料具有存储密度高、容易复制、保存期长等优点，但是与计算机对接、随机处理及快速传输均较困难。

随着计算机信息处理技术快速的推广，有机光存储材料是作为光盘光信息存储的载体并用来存储数据的一种物品。涂抹于光盘基板上的专用光存储材料在激光记录信息时，主要利用材料的物理或化学变化，如利用光化学反应产生光致变色、光重排等，通过改变光的反射或透射强度以进行数字信息记录，信息读出则用同样频率的低功率激光进行，当光再次照射时形成反差，产生读出信号。作为可擦重写光盘的无机相变材料是由Ⅲ-Ⅵ族的一些半导体元素构成，主要有Te基、Se基和InSb基合金三类，如GeTeAs、SnTeSe、GeTe等，相变材料晶态与非晶态可逆相变会引起光学参数的可逆变化，从而实现可擦重写。

市场上主要用于短波长记录、近场光学存储和三维立体快速高密度和超大容量的光存储材料，如花菁、酞菁及偶氮等，是使用最广、高密度、低价格信息记录材料之一。具备毒性小，导热性差，噪声干扰小，信噪比大，有较低的熔点及软化温度等特点。与无机金属材料相比，有机材料的光谱吸收较窄，光反射效率较低，但对激光光源的要求较为严格。