刀具材料影响着高速切削加工技术的广泛应用。目前适用于高速切削的刀具有：涂层刀具、陶瓷刀具、金属陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具、聚晶金刚石(PCD)刀具以及性能优异的高速钢和硬质合金复杂刀具等。
由于高速切削加工的切削速度是常规切削的5～10倍，对刀具材料以及刀具结构、几何参数等都提出了新的要求。刀具材料的选择对加工效率、加工质量以及成本和刀具的寿命等有着重要的影响。高速切削加工除了要求刀具材料具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还对刀具材料有更高的要求，主要包括:
1、高的硬度和耐磨性：高速切削加工刀具材料的硬度必须高于普通加工刀具材料的硬度，一般在HRC 60以上。刀具材料的硬度愈高，其耐磨性愈好。
2、高的强度和韧性：刀具材料要有很高的强度和韧性，以便承受切削力、振动和冲击，防止刀具脆性断裂。
3、良好的耐热性和热硬性：刀具材料要有很好的耐热性，要能承受高温，具备良好的抗氧化能力。
4、良好的高温力学性能：刀具材料要有很高的高温强度、高温硬度和高温韧性。
涂层刀具是通过在韧性较好的刀具基体上涂覆硬质耐磨的金属化合物薄膜，以获得远高于刀具基体的硬度和优良的切削性能。常用的刀具基体材料主要有高速钢、硬质合金、陶瓷和金属陶瓷等。涂层刀具有着非常强的抗氧化性能和抗粘结性能，因而拥有非常良好的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。由于涂层的摩擦系数低切削时的切削温度降低，切削力也减小大幅度的提升了刀具的耐用度。涂层可以是单涂层，也可以是双涂层或多涂层，还可以是几种涂层材料复合而成的复合涂层。
涂层刀具可以分成硬涂层刀具和软涂层刀具。硬涂层刀具的涂层材料主要有氮化钛（TiN）、 碳化钛（TiC）、碳氮化钛（TiCN）、氮化铝钛（TiAlN）、碳氮化铝钛（TiAlCN）和氧化铝（Al2O3）等。硬涂层刀具的主要优点是硬度高、耐磨性能好。软涂层刀具的涂层材料主要有MoS2和WS2。软涂层刀具能够大大减少摩擦，降低切削力和切削温度。TiN涂层的硬度高、耐磨性好，具备极高的化学稳定性，可大幅度减少刀具与工件之间的摩擦系数；TiC涂层与被切削金属的亲和力小润湿性好，抗氧化性强拥有非常良好的抗摩擦磨损性能；TiAlN涂层刀具不仅仅具备TiN的硬度和耐磨性，而且在高速切削时氧化生；Al2O3起到抗氧化和抗扩散磨损的作用，拥有非常良好的切削性能，其最高工作时候的温度可达800℃；Al2O3涂层在高温下拥有非常良好的耐热性，适用于高速切削时产生大量热的刀具；金刚石膜涂层刀具一般适用于加工有色金属；MoS2和WS2作为软涂层材料的高速钢刀具大多数都用在加工高强度铝合金、钛合金或贵重金属材料 。
陶瓷刀具的材料主要有氧化铝基和氮化硅基2大类，是通过在氧化铝和氮化硅基体中分别加入碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等得到的，除此以外还有多相陶瓷。
陶瓷刀具具有硬度高耐磨性能及高温力学性能优良、化学稳定性高、不易与金属发生粘结等特点。陶瓷刀具的最佳切削速度通常可比硬质合金刀具高3~10倍，适用于高速切削钢、铸铁及其合金等。陶瓷刀具可在200~1000m/min的切削速度范围内高速切削软钢（如A3 钢）、淬硬钢、铸铁及其合金等。陶瓷刀具主要使用在于耐磨材料、淬硬材料和难加工材料等的车、铣粗精加工。具体来说，氧化铝基陶瓷大多数都用在加工淬硬钢和耐磨铸铁，氮化硅基陶瓷大多数都用在加工铸铁、高温合金和镍基合金等材料。
金属陶瓷有较高室温硬度、高温硬度及良好的耐磨性、抗氧化能力强和化学稳定性高。金属陶瓷材料最重要的包含高耐磨性TiC基硬质合金（TiC+Ni或Mo）、高韧性TiC基硬质合金（TiC+TaC+WC）、强韧TiN基硬质合金（以TiN为主体）、高强韧性TiCN基硬质合金（TiCN
+NbC）等。金属陶瓷刀具可在300～500m/min的切削速度范围内高速加工钢和合金钢，精加工铸铁。此外金属陶瓷还可制成钻头、铣刀和滚刀。
立方氮化硼刀具具有极高的硬度(仅次于PCD)和红硬性，CBN刀具是高速精加工或半精加工淬硬钢、冷硬铸铁和高温合金等的理想刀具材料。由于CBN刀具加工高硬度零件时可获得良好的加工表面粗糙度，因此采用CBN刀具切削淬硬钢能轻松实现“以车代磨”。考虑到CBN刀坯的价格较高以及重磨因素，一般在可转位硬质合金刀片的一角上镶焊1块CBN刀坯,且通常只做1个刀尖。研究证明，采用纯CBN材料制造成的刀具在许多情况下并不能获得最佳加工效果。
聚晶金刚石(PCD)材料具备高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数等特点。PCD刀具能轻松实现有色金属及耐磨非金属材料(如石墨和合成材料)的高速、高精度、高稳定性加工。据报导，镶PCD的钻头加工硅铝合金的切削速度达300～400m/min,PCD与硬质合金基体共同烧结而成的复合片钻头，用于加工Al合金、Mg合金、复合材料、石墨、粉末冶金坯料，与硬质合金刀具相比，刀具寿命提高了65～145倍；采取高强度Al合金刀体的PCD面铣刀的切削速度υc达3000～4000m/min,有的达到7000m/min,适合于汽车零部件成形面的高速加工。
高性能钴高速钢、粉末冶金高速钢和整体硬质合金材料已成为制造滚刀、剃齿刀、插齿刀等齿轮刀具的主流刀具材料，可用于齿轮的高速切削。用硬质合金粉末和高速钢粉末配制成的新型粉末冶金材料制造成的齿轮滚刀，滚切速度可达到150～180m/min。再对其进行TiAlN涂层处理后，可用于高速干切齿轮。
