研究中的气体扩散层基底材料包括碳纤维纸、碳纤维编织布、碳纤维非纺材料及碳黑纸等，但有的也使用金属材料，如扁平的金属海绵———网状金属镍 。

气体扩散层碳纤维纸

碳纤维纸是一种广泛应用于PEMFC电极中的气体扩散层材料，它不仅具有均匀的多孔质薄层结构，而且由于主要原料使用石墨化碳纤维，使得它具备优异的导电性、化学稳定性和热稳定性 。

气体扩散层碳纤维编织布

由于碳纤维纸脆性大，缺乏柔性，在制备电极的过程中易被损坏，因此在PEMFC电极中使用较多的气体扩散层基底材料还有碳纤维编织布。它没有碳纤维纸那样的机械脆性，具有弯曲性能，依赖于纤维结构和编织工艺；还具有一定的抗压性能，有利于通过加压的办法来改善它与电解质或催化剂层的电接触。编织用的碳纤维纱线是长的碳纤维，经捆扎而成，但最好是通过纺纱工艺对纱线加捻后编织成布，不过这种碳布也可以是由碳纤维的前驱体编织成布后经过炭化制成 。

气体扩散层无纺布

为了克服碳纤维纸缺乏柔性而碳纤维编织布缺乏尺寸稳定性的弱点，PEMFC电极用气体扩散层基底还可选用碳纤维无纺布。它同时具备一定的机械强度，且有高的柔性和尺寸稳定性等优点，从而利于电极的制作。适合的材料最好包括碳纤维、玻璃纤维或者含有机聚合物的纤维，这些有机聚合物可以是聚丙烯、聚酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、聚亚苯基硫或聚醚酮等 。

气体扩散层碳黑纸

作为气体扩散层基底使用的炭黑纸，是由炭粉和聚合物粘结剂均匀分散后，经过热压成型而形成表面平整的片材，其中聚合物与炭粉的质量比在20：80和45：55之间。炭粉可选用活性炭、炭黑、乙炔黑或其混合物，炭粉的比表面积在50m²/g-2000m²/g之间；聚合物可选择氟树脂，如PTFE、聚偏1、1-二氟乙烯等，这种氟树脂同时还可作为炭黑纸的憎水处理剂，从而简化了后面的憎水处理工艺，降低了成本 。