人工濕地中的填料又稱為基質，現階段被研究的主要分為3類：天然礦物、工業副產物、人造產品。

天然礦物儲量豐富、價格便宜和可在當地直接開采等特點而一直被廣泛研究與應用。但是部分天然礦物，存在易堵塞、植物無法生長或者去污效果差等問題，在此基礎上合理選擇天然礦物和應用其他材料進行濕地系統的強化，逐漸成為濕地填料的研究重點。將工業副產物合理應用為濕地填料，對于廢物的資源化利用、減少建設費用和增強濕地特異性吸附能力具有重要作用。但是，工業副產物的特性隨著原料和工藝的不同，其理化性質、去污能力、應用成本等具有較大差別，應用前需進行可行性分析，而且部分工業副產物會對系統其他組分產生不良影響或造成二次污染，因而對于工業副產物應用為填料仍需要大量研究。

填料的種類、填充方式、孔徑和含碳量等條件影響濕地系統的復氧能力、微生物種類、活性等，改變微生物代謝活動的進行，從而間接影響系統有機物的去除能力。人工濕地填料的填充方式主要包括：正粒徑填充、反粒徑填充和均勻粒徑填充，正粒徑填充因其上面的基質粒徑和孔隙率較小，下層的溶氧量相對于反粒徑填充方式來說較少，合理選擇填料種類和填充方式以提升濕地系統的復氧能力，可以提升微生物活性，有助于增強有機物的去除能力。研究表明，增加濕地系統溶解氧含量會明顯加速有機污染物分解，在其濕地填料的布局下，曝氣后可提升系統對COD約20%去除率。受填料的組成成分、孔徑分布等因素的影響，不同系統中的微生物種類和數量的差別明顯，選擇含碳量較高和孔徑大小適宜的填料可以改善微生物生長環境提升去污效果。長時間運行的人工濕地中，礫石和土壤中形成的微生物膜因填料的不同其形態和組成也存在一定差異，影響有機物的去除效果，應用小型垂直潛流人工濕地處理城市生活污水的研究表明，在填料中微生物的最佳生長環境是孔徑為1~3μm的微孔。

人工濕地中砂子、土壤、泥炭混合物及其各自混合物中微生物的研究發現，填料中微生物的活性隨填料中的碳含量增加而上升，且去污能力與不同基質的脲酶和磷酸酶活性呈正相關，含碳量高的填料會提升微生物的活性，從而提升有機物的去除能力。

另外，人工濕地對污水中的重金屬去除方式包括：填料對重金屬的離子交換和化學沉淀作用、植物的吸收作用、微生物的轉化作用，其中填料對水體中重金屬的去除起主要作用。人工濕地填料通過機械阻留作用去除污水中非溶解態的重金屬，通過離子交換和化學沉淀作用，使溶解態重金屬轉化為難遷移轉化的形態而去除。