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かつてはクロームモリブデン鋼が主流素材だったが、1990年代中ごろから軽量化目的でアルミニウム合金に置き換えられ、現在ではアルミが主流となっている。他にカーボンFRP・マグネシウムなどの新素材がマスプロメーカーから出されていたり、錆びない特性からチタン合金がハンドメイドで作られていたりする。フレームには荒れ野の衝撃を想定して補強が入っているものも多い。

長らく形状はダイアモンドフレームが主流だったが、競技項目が前後にサスペンションが装備されたフルサスペンションフレームが分化して、現在は競技の細分化に比例してフレームもその競技や用途に特化して細分化されている。例えば、フルサスペンションはダウンヒルモデルのように競技指向のものとフリーライドのように険しい山岳走行に適したモデルに、同じダイアモンドフレームでもクロスカントリー競技とBMXの要素を持たせたストリートモデルに分かれている。フルサスペンションのフレームでも基本的に前三角と後ろ三角が分かれてピボットで結んだ派生型のものが多く見られるが、ダウンヒル競技など強度が求められる競技に特化したものになるとフレームが全くダイアモンドフレームから派生していないフレームもある。

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