החומרים המשמשים בסוללות דו-גלגליות חשמליות תלויים בעיקר בסוג הסוללה הספציפי. נכון לעכשיו, הסוגים הנפוצים ביותר שנמצאים בשוק הם סוללות-עופרת חומצה וסוללות ליתיום, בשתיהן יש הבדלים ברורים בהרכב החומרים שלהן.
החומרים העיקריים בסוללות חומצה-עופרת כוללים עופרת (Pb), דו-תחמוצת עופרת (PbO₂) ואלקטרוליט חומצה גופרתית מדוללת. במהלך מחזורי הטעינה והפריקה, תחמוצות העופרת והעופרת עוברות תגובות כימיות עם האלקטרוליט, ובכך מקלות על אחסון ושחרור אנרגיה חשמלית. סוללות אלו כוללות מבנה פשוט, עלות נמוכה וטכנולוגיה בוגרת; כתוצאה מכך, הם נמצאים בשימוש נרחב בכלי רכב דו-גלגליים חשמליים-ברמת כניסה-חסכונית, למרות שהם מאופיינים במשקלם הרב ובצפיפות האנרגיה הנמוכה יחסית.
סוללות ליתיום, לעומת זאת, משתמשות במגוון רחב יותר של חומרים. חומרי קתודה נפוצים כוללים פוספט ליתיום ברזל (LiFePO₄) ותרכובות ליתיום משולשות (NCM/NCA); האנודה מורכבת בדרך כלל מחומרי גרפיט, בעוד שהאלקטרוליט הוא שילוב של ממיסים אורגניים ומלחי ליתיום. סוללות ליתיום נבדלות בצפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן, אופי קל המשקל וחיי המחזור הארוכים שלהן, מה שהופך אותן לבחירה הדו גלגלית יותר ויותר דו גלגלית- עד-גבוהה-דו-גלגלית. במקביל, הם מציבים דרישות מחמירות יותר לגבי בקרת טמפרטורה וניהול בטיחות, המחייבות שילוב של מערכת ניהול סוללות (BMS) כדי להבטיח הגנה.
חיצונית, מכלול הסוללה כולל מעטפת-בנויה ממתכת או פלסטיק הנדסי-שנועד להגן על הרכיבים הפנימיים ולשפר את עמידות הפגיעה. מבחינה פנימית, חומרים מוליכים כגון נחושת ואלומיניום משמשים כמחברים כדי להבטיח העברת זרם יציבה. השילוב הספציפי של חומרים שונים אלה קובע בסופו של דבר את הביצועים, הבטיחות וחיי השירות של סוללה דו-גלגלית חשמלית.