Ein Substrat ist ein darunterliegendes Material oder eine Materialschicht, auf der andere Materialien oder Prozesse ausgeführt werden. Es kann alles umfassen, von unterirdischen Oberflächen in der Landwirtschaft, auf denen Pflanzen angebaut werden, bis hin zu Schichten von Siliziumhalbleitern, die als Grundlage für den Bau elektrischer Schaltkreise verwendet werden, bis hin zu Zellen oder anderen biologischen Medien, auf die Enzyme wirken. Der Begriff Substrat wird häufig in der Medizin und der Mikrochipherstellung verwendet, ist aber auch in der Geologie und anderen natürlichen Prozessen gebräuchlich.
Das Siliziumsubstrat ist ohne Zweifel eine der komplexesten synthetischen Strukturen, die im Mikrometer- und Nanometerbereich hergestellt werden. Mikrochip- und Solarzellendesigns verwenden mehrere horizontale Schichten, wobei ein typischer Mikrochip ab 2011 mehrere funktionale Substrate oder Fundamente für darüberliegende Schichten aufweist. Das Halbleitermaterial beginnt mit einer Bauelementschicht aus Transistoren, die von einer Verbindungsschicht bis zu einer darüber liegenden Bauelementschicht überragt wird. Zwischen diesen Abschnitten werden sowohl Isolations- als auch Metallisierungssubstratschichten sowie Verbindungsschichten hinzugefügt, um die gesamte Struktur zusammenzuhalten und funktionsfähig zu halten. Die Erforschung miteinander verbundener horizontaler und vertikaler Schichten, die einen dreidimensionalen Mikrochip in Würfelform herstellen, ist der nächste Schritt zur Erhöhung der Speicher- und Verarbeitungsgeschwindigkeit.
Im Gegensatz zur Schaltungsherstellung ist ein Enzymsubstrat bereits eine natürliche dreidimensionale Form. Enzyme sind Proteinmoleküle, die als Katalysatoren in der Biochemie wirken. Nicotinamidadenindinukleotid (NADH) ist ein Beispiel für ein Coenzym des Vitamin B3, das sich im menschlichen Körper an ein Zellsubstrat anlagert. Die aktive Substratstelle, an der es bindet, wird dann durch das Enzym verändert und dieser Teil des Substrats wird als Reaktionsprodukt freigesetzt. Da das Enzym selbst dabei nicht verändert wird, wandert es dann an andere Stellen weiter, um weiterhin wesentliche Reaktionen wie die Zellatmung und die Energiegewinnung im Körper zu ermöglichen.
Geologische Prozesse beziehen sich häufig auch auf Substrate als Methode zur Bestimmung des Alters und der Zusammensetzung der Erdkruste. Untere Schichten von Gesteinsablagerungen, oft als Strata bezeichnet, gelten als älter und enthalten oft früh versteinerte Beispiele von Leben auf der Erde, wenn sie horizontal abgelagert und nicht durch Klimaeinflüsse umgekippt wurden. Ähnliche Forschungen, die durch die Untersuchung tiefer Schichten in Eisschilden in der Antarktis durchgeführt wurden, werden verwendet, um die Zusammensetzung der Atmosphäre in der fernen Vergangenheit durch eingeschlossene Gase in Eissubstraten sowie Eiszeitperioden in der Geschichte des Erdklimas zu bestimmen. Verwandte Verfahren werden bei der Analyse der oberen 6 Zentimeter des Bodensubstrats auf Nährstoffe, Wassereinlagerungen, eingeschlossene Luft usw. verwendet, um die Bodenfruchtbarkeit für ein optimales Pflanzenwachstum zu bestimmen.