Основу монолитной системы составляет матрикс, характеризующийся различными физико-химическими свойствами: он может быть растворимым или нерастворимым, но способным к набуханию, биодеградации и/или подверженным биоэрозии. В качестве матрикса используют инертные вещества-комплексоны, различные полимерные материалы, свойства которых определяют проницаемость для лекарственного вещества. Выделяют гидрофильный или гидрофобный кристаллический матрикс. Гидрофильный матрикс, способный впитывать большое количество воды (>20% объёма) без растворения (гидрогели), используют для высвобождения гидрофильных ЛС. Гидрофобные матриксы нерастворимы в воде, но способны к набуханию в присутствии жидкости с образованием микропор и микроканалов для высвобождения как гидрофильных, так и липофильных лекарственных веществ с молекулярным весом 250-2000 Да. Водорастворимые матриксы используют в создании лекарственных форм для приёма внутрь; матриксы, растворимые путём биодеградации, - для подкожных или имплантационных лекарственных систем; нерастворимые матриксы - для имплантационных лекарственных систем. Продолжительность жизни таких систем составляет от нескольких дней до нескольких месяцев.
Диффузия лекарственного вещества через матрикс описывается математическими законами, но теоретически такой механизм высвобождения не может обеспечить кинетики "нулевого" порядка; если же высвобождение контролируется не только диффузией лекарственного вещества, но и биодеградацией матрикса, то кинетика "нулевого" порядка может быть достигнута. Для достижения кинетики высвобождения "нулевого" порядка прибегают к использованию смешанных систем (сочетание матриксного и резервуарного типа).