铜鼓的特殊造型和铜鼓上精美绝伦的装饰艺术，除了铜鼓设计师本身具有极高的审美能力和成熟的绘画、雕塑技巧之外，还必须依赖于可塑性和表现力极强的原材料，加上能使这些原材料成型的铸造工艺。如果没有这些条件，铜鼓设计师再高明，也只能画饼充饥。
铜鼓的主要金属成分是铜，这是毫无疑义的。但任何铜鼓都不是纯铜，而是铜与锡、铅等金属之类的合金。正因为如此，本世纪初研究铜鼓的大师，奥地利学者黑格尔并不直呼铜鼓为“铜鼓"，而在他的著作中称铜鼓为“金属鼓"。
为了弄清铜鼓的合金成分，前人做了不少化验工作。黑格尔于1902年公布了一批测定数据，据郑师许《铜鼓考略》一书所引，其结果是：
第Ⅰ类型(石寨山型和冷水冲型)
含铜60.82—71.71%含铅14，25—26.69%含锡4.90—10.88%
第Ⅱ类型(北流型和灵山型)
含铜71.15—79.02%含铅16，54—16.69%含锡3.85—11.94%
第Ⅳ类型(麻江型)
含铜73.30—85.48%含铅3.75—14，80%含锡9.19—17.6%
第Ⅰ——Ⅱ中间类型
含铜76.02%含铅10.64%含锡12.39%
第Ⅱ——Ⅳ中间类型
含铜73.19—78.70%含铅7.55—10.94%含锡11.72—15.44%
40年代末，广西省立博物馆对馆藏铜鼓也作了一些抽样化验，其结果是：
甲型(北流型)
含铜69.30%含铅18.95%含锡11.42%
乙型(灵山型)
含铜64.80%含铅20.58%含锡13.50%
丙型(冷水冲型)
含铜66.66%含铅22.98%含锡9.90%
丁型(麻江型)
含铜75%含铅7%含锡18%
60年代，广西壮族自治区博物馆对所藏铜鼓重新抽样化验，结果大致是：
甲型(北流型)
含铜70.45%含铅16.12%含锡7.01%含铁0.69%
乙型(灵山型)
含铜68.7%含铅16.00%含锡3.83%含铁0.424%
丙型(石寨山型)
含铜85.43%含铅0.24%含锡9.01%含铁0.279%
丁型(麻江型)
含铜72.66%含铅6.90%含锡11.91%含铁0.91%
云南省博物馆在1959年发表《云南晋宁石寨山古墓群发掘报告》时，也公布了一
面铜鼓的金属化验数据：
含铜82.95%含铅0.55%含锡16.07%后来，云南省博物馆又对大波那铜鼓和万家坝铜鼓作过合金成分分析，其结果是：
大波那铜鼓含铜87.95%含锡6.87%万家坝铜鼓含铜95.63%含锡4.64%以上这些测定都是在小范围内进行的，所测数据相当有限，还不能看出铜鼓合金成分的全貌。为了推进铜鼓研究深入的开展，自1983年起，北京钢铁学院、广西壮族自治区博物馆、云南省博物馆三家协作，对铜鼓合金成分和金属材质进行了专题研究，对广西、云南100面不同类型的铜鼓进行了分析检验。对合金成分，采用原子吸收光谱分析仪进行分析，对金属材质，采用金相方法鉴定(《广西、云南铜鼓合金成分及金属材质的研究》，《中国铜鼓研究会第二次学术讨论会论文集》，文物出版社，1986年)。
1986年至1991年，广西民族学院、中国科技大学和广西壮族自治区博物馆在进行铜鼓矿料来源的铅同位素考证过程中，又对近90面不同类型的铜鼓进行了成分分析。
分析结果表明，铜鼓的合金成分主要是铜、锡、铅三种元素，三者之和平均在95%以上。此外有些铜鼓还含有少量的锌、铁、砷、锑元素。其中仅有64面铜鼓含锌，最高值为4.08%(广西博物馆284号麻江型铜鼓)，超过2%的仅有6面；有103面铜鼓含铁，含铁量最高值为1.82%(广西博物馆藏114号冷水冲型铜鼓)，平均值为0.44%。含有砷和锑的铜鼓很少，除个别含砷量达5.15%(广西容县出土的遵义型铜鼓)外，其余平均值仅0.24%，含锑量平均值0.16%。这些锌、铁、砷、锑等都是由原料带人合金中的杂质，并不是人为有意识加入的元素。
按照金属成分的不同，铜鼓可划分红铜、锡青铜、铅锡青铜三种类型；红铜即纯铜，所含铅、锡都在2%以下，其中万家坝型铜鼓有2面红铜鼓，石寨山型铜鼓中也有2面红铜鼓。锡青铜，含锡高于2%，含铅量低于2%，锡青锕鼓主要是石寨山型和万家坝型。铅锡青铜是三元青铜，铅、锡含量都高于2%，成熟期以后的铜鼓绝大多数是铅锡青铜鼓。如冷水冲型铜鼓，其合金元素含量的频率分布集中在含铜量65—70%、含锡量5—15%、含铅量10—25%的范围内，属于高铅的二元合金鼓；麻江型铜鼓合金元素含量的频率分布，集中于含铜量75—80%、含锡量10—15%、含铅量0—10%的范围内，属于高锡低铅的青铜鼓。
红铜鼓是纯铸造的铜鼓。铜在熔炼过程中因吸收空气中的氧，组织中一般含有铜的氧化物因而形成红铜；此外，铜中也常含少量的铅、锑、铋等杂质。用红铜铸造的铜鼓表面粗糙，存在气孔或针孔等缺陷。
锡青铜鼓是铜和锡合金铸造的铜鼓。在铜中加入较多的锡，可以降低铜的熔点，提高合金铸造性能。一定数量的锡，还能提高铸件的强度和硬度，改变音响效果，并使铜由红色变为黄色。在铜中加入锡，使其构成适当比利的合金来铸造青铜器，是冶铸技术达到较高水平的标志；用这种合金来铸造的铜鼓，其表面光滑，造型美观，图像清晰。
从变化与时代的关系来看，铜的含量从春秋战国到魏晋时期(万家坝型，石寨山型，冷水冲型早、中期，北流型早、中期)不断减少；从南朝到隋唐时期(冷水冲型晚期、北流型晚期、灵山型晚期)又稍有增加；从唐宋时期到清代(麻江型、西盟型)变化不大。锡的含量在春秋时期很低，战国以后不断增长。锡和铅的总和也是从春秋战国到南朝以前不断增大，南朝以后到隋唐时期又稍有减少，唐宋到清代变化不大。这些变化，与冶金技术的发展和铜鼓社会功能的变化有关。最初铸造水平低，多为二元锡青铜，有一部分甚至干脆用纯铜。纯铜铸造出来的铜鼓，表面粗糙，存在气孔等缺陷。锡元素的加入，不仅可以降低铜的熔点，提高合金铸造性能，而且能够提高铸件的强度和硬度，改善音响较果。所以，在很长的一段历史时期内，锡的含量有逐渐增加的趋势，铜的含量便有所减少。
但是，锡的含量不能无限制地增加，当它超过6%时，青铜的脆性便逐渐增大，合金的延伸率急剧下降，铸件的机械性能就会变差。用这种合金铸造出来的铜鼓经不起长期的敲击。如果加入一定数量的铅去代替部分的锡，不仅仍然可以起到降低合金熔点的作用，而且，因为铅在青铜合金中属于软的基体组织，可以有效地避免高锡青铜的脆性。
用这种合金铸造出来的铜鼓可以经得起长时期的敲打而不致于破裂，这种既含铅又含锡的青铜就是铅锡青铜。铅锡青铜的密度较高，流动性最好，对于铜鼓是较为理想的合金材料。当铜鼓的主要社会功能不是作为娱乐用的乐器，而是作为奴隶主的“重器"，并且带有某些“礼器"色彩的时候，人们对其音响、音色等方面的性能要求并不高，主要讲究花纹的繁缛瑰丽，鼓面装饰的生动美观，和整体造型的高大魁伟。这类铜鼓主要就用铅锚青铜铸造。但是，因为铅的增加会加速声音振动的衰减，降低铜鼓的音响效果。
当铜鼓作为统治阶级权力象征的职能下降，成为主要用于婚丧节庆的乐器和传讯工具以后，要求音响效果又是首要的了。因此，麻江型铜鼓铅的含量又相应减少，锡的含量又有所增加。
总之，不管是在哪个时期或哪个民族，铸造铜鼓都必须有铜，为了提高铜鼓的强度和硬度，达到一定的音响效果，还要加入锡和铅。只有这三种元素都能解决，才能产生锅鼓铸造工艺。