人工湿地中的填料又称为基质，现阶段被研究的主要分为3类：天然矿物、工业副产物、人造产品。
天然矿物储量丰富、价格便宜和可在当地直接开采等特点而一直被广泛研究与应用。但是部分天然矿物，存在易堵塞、植物无法生长或者去污效果差等问题，在此基础上合理选择天然矿物和应用其他材料进行湿地系统的强化，逐渐成为湿地填料的研究重点。将工业副产物合理应用为湿地填料，对于废物的资源化利用、减少建设费用和增强湿地特异性吸附能力具有重要作用。但是，工业副产物的特性随着原料和工艺的不同，其理化性质、去污能力、应用成本等具有较大差别，应用前需进行可行性分析，而且部分工业副产物会对系统其他组分产生不良影响或造成二次污染，因而对于工业副产物应用为填料仍需要大量研究。
填料的种类、填充方式、孔径和含碳量等条件影响湿地系统的复氧能力、微生物种类、活性等，改变微生物代谢活动的进行，从而间接影响系统有机物的去除能力。人工湿地填料的填充方式主要包括：正粒径填充、反粒径填充和均匀粒径填充，正粒径填充因其上面的基质粒径和孔隙率较小，下层的溶氧量相对于反粒径填充方式来说较少，合理选择填料种类和填充方式以提升湿地系统的复氧能力，可以提升微生物活性，有助于增强有机物的去除能力。研究表明，增加湿地系统溶解氧含量会明显加速有机污染物分解，在其湿地填料的布局下，曝气后可提升系统对COD约20%去除率。受填料的组成成分、孔径分布等因素的影响，不同系统中的微生物种类和数量的差别明显，选择含碳量较高和孔径大小适宜的填料可以改善微生物生长环境提升去污效果。长时间运行的人工湿地中，砾石和土壤中形成的微生物膜因填料的不同其形态和组成也存在一定差异，影响有机物的去除效果，应用小型垂直潜流人工湿地处理城市生活污水的研究表明，在填料中微生物的最佳生长环境是孔径为1~3μm的微孔。
人工湿地中砂子、土壤、泥炭混合物及其各自混合物中微生物的研究发现，填料中微生物的活性随填料中的碳含量增加而上升，且去污能力与不同基质的脲酶和磷酸酶活性呈正相关，含碳量高的填料会提升微生物的活性，从而提升有机物的去除能力。
另外，人工湿地对污水中的重金属去除方式包括：填料对重金属的离子交换和化学沉淀作用、植物的吸收作用、微生物的转化作用，其中填料对水体中重金属的去除起主要作用。人工湿地填料通过机械阻留作用去除污水中非溶解态的重金属，通过离子交换和化学沉淀作用，使溶解态重金属转化为难迁移转化的形态而去除。
