Vedle Miesovy osobnosti a jeho originálního pojetí prostoru zaujal manžele Tugendhatovy také jeho cit pro materiál. „Potom nám vysvětlil, jak je důležité zejména v moderní stavbě, která je takřka bez ozdob a ornamentu, používat ušlechtilých materiálů, což bylo doposud opomíjeno například i Le Corbusierem.“ Společně s Miesem navštívili tři jeho realizace z poslední doby. „Zvláště nedávno postavený dům pana Wolfa v Gubenu se nám velice líbil. Velkorysý dům, vystavený ze zvonivek. Původně měl být náš dům také ze zvonivek, ale ukázalo se, že v Brně nejsou pěkné zvonivky, ani zedníci, kteří by je dokázali dokonale usadit.“  Nejen díky své architektonické vizi, ale zřejmě i vzhledem k poloze stavby ve svahu zvolil Mies jako nosný systém ocelový skelet s výplňovým zdivem. Subtilní nosné sloupy křížového profilu s přinýtovanými úhelníky jsou z německé oceli. Sloupy na terasách mají mosazný kryt patinovaný do bronzu v barvě mědi, sloupy v hlavním obytném prostoru mají mosazný pochromovaný plášť s vysokým leskem. Ocelové jsou veškeré rámy oken a řada dveří. Vnější omítky byly v přirozené barevnosti písku (neměly bílý nátěr). Vnitřní omítky měly díky poslední vrstvě (stucco lustro) sametový lesk.

K originálním kamenným prvkům patří italský, téměř bílý travertin (lokalita Tivoli). V interiérech byl použit např. na podlaze vstupní haly a na schodišti, v exteriérech pak na parapetu a soklech horní terasy a na zahradní terase se schodištěm (zde při obnově vily v letech 1981–85 nahrazen spišským travertinem ze Slovenska). Zcela výjimečným kamenným dekorativním a zároveň funkčním prvkem v interiéru vily je tzv. onyxová příčka. Medově žlutá hornina s bílou kresbou, vytěžená v pohoří Atlas v tehdejším francouzském Maroku v severní Africe, je ve skutečnosti aragonitový sediment (uhličitan vápenatý). „Nevím, od jaké kamenické firmy Mies kámen obstaral. Pan Lohan mně vyprávěl, že ho našel v Hamburku, kde měl sloužit k výrobě dvou velkých váz pro luxusní parník. Byl závazně prodán, a proto ho absolutně nechtěli Miesovi postoupit. On ho však shledával tak krásným, že se nevzdal a nakonec ho přece získal. (…) Mies osobně dohlížel na přesné rozřezání a sestavení ploten, aby správně vynikla kresba kamene.“ V zimních slunných dnech vyniká onyx zvláštní schopností. „Když se dodatečně ukázalo, že kámen je průsvitný a že určitá místa kresby na zadní straně rudě září, jsou-li zepředu osvětlena zapadajícím sluncem, bylo to i pro něho (Miese) radostným překvapením.“ 

Exkluzivní exotické dřeviny pocházejí z jihovýchodní Asie. Obložení stěn ve vstupní hale je dýhováno palisandrem, stejně tak dveře a vestavěné skříně v ložnicích rodičů. V dětské sekci byly užity zebranové dýhy. V hlavním obytném prostoru dominovala ebenová dýha vytěžená v oblasti Makassar na ostrově Celebes. Tmavě hnědé a žlutě žilkované ebenové dřevo pro zaoblenou příčku v jídelně a pro vestavěnou knihovnu (dodnes zachovanou v původním stavu) vybral Mies snad v Paříži, kde našel dostatečně dlouhé dýhy, které sahaly od podlahy až ke stropu. Architekt Viktor Průša z brněnské firmy architekta Jana Vaňka, která ve vile instalovala většinu vestavěného nábytku, vzpomínal na „dobrodružné vyhledávání ebenových klád v importních skladech celé Evropy pro rovnoleté dýhy zvlášť krájené náročnému projektantu brněnské vily v knížecí dýhárně na jižní Moravě.“ Zaoblená příčka vymezující prostor jídelny byla zničena již v roce 1940 a v letech 1981–85 ji nahradila nová konstrukce dýhovaná zebranem. Z makassarského ebenu byl také pracovní stůl a britgeový stolek v hlavním obytném prostoru a některé další kusy nábytku.

Na podlahách v hlavním obytném prostoru a v ložnicích bylo položeno bílé DLW linoleum (Deutsche Linoleum-Werke). „Mies van der Rohe totiž chtěl, aby podlaha působila jako jednolitá plocha, což u parket nebývá. Bílá barva byla nejvíce neutrální (…). Musím však přiznat, že byla velmi choulostivá na špínu a vyžadovala velkou péči.“