典型的重费米子材料包括CeAl₃、CeCuSi₂、CeCu₆、UBe₁₃、UPt₃、UCd₁₁、U₂Zn₁₇以及NpBe₁₃。此类化合物的共性为铈（Ce）、铀（U）、镎（Np）原子的外壳层电子组态均包含未填满的f电子。在高温时，这些材料表现出具有近独立的f电子局域磁矩和传导电子的两种行为；在低温时，传导电子与局域的f电子形成强耦合，使得传导电子的有效质量急剧增加，典型值为裸电子质量的10～100倍。重费米子材料较为适合研究局域磁矩在低温下对金属电阻的影响，因此受到实验和理论工作研究者的广泛关注。理论上，近藤模型作为一种唯象模型，经常被用于研究重费米子材料的性质。此模型忽略了f电子的电荷涨落，考虑了传导电子与f电子的磁交换作用，并给出了两种可能的物理图像：一种可能是f电子磁矩与传导电子形成了近藤单态，表现非磁性重电子态；另一种可能是f磁矩通过极化周围的传导电子，形成以传导电子为媒介的f电子的间接交换作用，即Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用。由于间接相互作用很弱，一般重费米子材料的居里转变温度也相对较低。另外，周期性安德森杂质模型作为一种微观模型，进一步考虑了f电子的电荷涨落，在特定的情况下其低能行为也可以描述重费米子材料的特性（见安德森杂质模型）。

此外，实验研究一些重费米子材料，如URu₂Si₂、UNi₂Al₃、UPd₂Al₃、CeCu₂Si₂、UPt₃以及UBe₁₃，还发现了超导态。此类材料的超导转变温度非常低，并显示出非常规超导特性。