自体骨移植很多类型的材料都可以用于颅骨重建；然而，传统的方法是用自体骨瓣置换之前去除骨瓣。自体骨移植是优选，因为这种方法减少异物引入的排斥，生命体容易适应自体骨瓣并与之融为一体。1821年，Walther第一次报道用自体骨移植修补颅骨缺损。1889年，Seydel首次提到用胫骨骨片整复重建左侧顶骨缺损，病人预后良好；但是，有人指出，手术需要在两个术区开展，胫骨可能有骨折的风险，以及患者胫骨术后出现严重不适感。并且在实践中发现，有的小儿患者在修补之后出现了并发症，骨吸收导致结构破坏，需要再次手术用塑料、金属或其他材料替换。并且由于自体骨不容保存，以及容易被污染等原因，慢慢的被其他材料所逐渐取代。
金属：金属修补颅骨的历史可以追溯到古代，在20世纪初重新运用于手术。金属的运用在很大程度上是因为它们强度高，方便消毒，具有延展性。铝是在19世纪后期使用的第一种金属，但容易感染。铝随后被证明是一个种较差的骨替代物，因为它会刺激周围组织，引起癫痫发作，并且会缓慢碎裂。虽然黄金并没有组织非相容反应，但是它的成本高，质地软。因此也并不是用于作为修补的材料。后来随着人们的不断的探索与科技的进步，钛网逐渐被人们所发现，钛网可以单独使用，或与其他合成材料一起使用，以加强修复假体强度。钛金属合金，具有较高的综合强度和可塑性。钛是无腐蚀性和非炎性;它具有感染的风险较低，并且可以提供极好的美容效果。但是由于存在较多的缺点和并发症，如:患者术后对冷热反应敏感,局部有慢性疼痛,皮下积液较多；修补术后，影响患者接受CT、MRI等医学检查；慢性切割性溃疡、应力穿孔致颅骨修补失败等原因很可能导致患者需要接受二次修补手术。
新世纪兴起的新型PEEK材料从2000年开始，PEEK（学名：聚醚醚酮）就已经开始应用在颅骨修补手术中。这种是一种特种高分子材料，采用嵌入式手术修补，具有：无切割性伤害，隔热好，对头皮刺激小，舒适，硬度高有弹性，三维重建高度还原等优点。在综合15篇文献，并对183名使用PEEK颅骨患者进行Meta分析，对自体骨、钛网和PEEK这三种修补材料进行对比，结果发现PEEK材料不管在术后并发症率还是手术失败率上，都低于自体骨和钛网这两种材料。作为国内较早使用这项新材料的穆苍山教授发现，这项新材料在临床上效果十分理想，对比钛金属网有着巨大的优势。