它是研究材料的制备或加工工艺、材料的微观结构与材料宏观性能三者之间的相互关系的科学。涉及的理论包括固体物理学，材料化学，应用物理和化学，以及化学工程，机械工程，土木工程和电机工程。与电子工程结合，则衍生出电子材料，与机械结合则衍生出结构材料，与生物学结合则衍生出生物材料等等。随着近年来媒体将注意力大量集中在纳米科学和纳米技术上，材料科学在大学被推到了最前沿。它也是法医工程和失效分析中的一个重要组成部分。
材料科学与工程的专业研究方向：
材料学专业的分支有很多，美国大部分有材料专业的学校都会有独立的epartment，material science专业一般分布在美国大学文理学院下，material science an engineering一般分布在工程学院下。材料专业有很多种方法进行分类，比如说：按物理化学属性分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，按用途分为电子材料、宇航材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。由于划分方法不一致，以及中国国内材料专业设置与美国大学专业设置的差异，让很多中国留学生达不到清晰认识美国材料专业，甚至产生误解，针对这样的情况，我跟在美国就读的材料专业的学生交流，以及结合美国材料工程这门课程的介绍，总结出如下材料学的分支方向。
金属材料Metallic Materials
金属材料是最传统的材料，如钢铁材料、非晶态合金、结构金属材料、功能金属，它们的微观结构对材料力学和物理性能影响，合金中不同成份比例对材料硬度、韧性、拉伸强度的影响。现在对于金属材料的研究多与纳米材料以及复合材料相结合。注意：国内冶金材料专业的学生比较适合学习金属材料方向或材料加工方向，但是材料加工方向的设置相对较少。
金属材料工程是一门实用性很强的专业,主要培养从事先进金属材料的设计、计算机模拟和结构性能预测,先进金属材料、传统金属材料和装饰材料的加工和处理,材料设计软件优化、材料制备加工工艺和性能综合优化,材料表面强化、功能化、复合化及其服役行为和环境效应,包括失效分析、寿命评估、材料自身的防护和环境保护以及失效后的回收再利用等方面高级工程技术人才。本专业培养方向较多,有金属材料与表面工程、腐蚀与防护、焊接工艺及设备、装饰材料与装饰工程、材料设计与计算机模拟等。
无机非金属材料Ceramic Materials
无机非金属材料是三大基础材料之一，包括结构陶瓷、功能陶瓷、日用陶瓷，耐火材料、玻璃、水泥等。这几年无机非金属材料要比金属材料发展迅速，尤其是陶瓷方面竞争比较激烈。研究内容主要包括固体电解质材料的制备，结构和性能研究；结构陶瓷的制备，组织结构和性能的研究；磁性材料、电性材料、压电陶瓷、半导体陶瓷等功能材料的制备和研究；古陶瓷和日用陶瓷的研究和开发。高温陶瓷、耐火材料的制备和开发等。
高分子材料Polymer Materials
高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。高分子材料是当今世界发展最迅速的产业之一，高分子材料已广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、包装、建筑等各个领域。研究内容包括活性聚合、新材料的合成与开发、聚合物结构与性能、反应性加工、先进复合材料及应用、超细材料及纳米材料、生物材料、新型功能材料、化学建材和化学纤维等。
近些年高分子材料发展迅速应用到生活中的各个领域，高分子材料发展时间不长，研究成果多，申请难度比较大，专业的回报率还是比较高的。高分子材料的应用十分广泛，比方说轮胎、液晶电视、甚至防弹衣、航天飞机上都能用到高分子材料。值得注意的是：化学工程专业下也有高分子方向，化学背景的学生有相关的课程背景也是可以申请材料专业下高分子方向的。
复合材料Composite materials
复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
斯坦福大学Stanfor University
斯坦福大学材料科学与工程系(Department of Materials Science & Engineering，缩写MSE)斯坦福大学材料科学与工程系(MSE)专注于纳米级组件的结构和性能，研究生招收MS与PhD学生，要求申请者本科毕业，拥有工程学、科学、物理、化学、数学等相关专业背景。学生需递交GRE成绩，但并无最低GRE、GPA等分数要求。该硕士项目提供固态基础和材料工程的培训，通过高级讲座课程和实验室课程。 这是一个终末学位，这意味着这些学生通常不会继续我们的博士课程。 研究领域8个
Biomaterials & Bio-interfaces生物材料
Materials, Computation, Theory & Design计算材料科学
Electronic, Magnetic & Photonic Materials
Materials for Sustainability
Mechanical Behavior & Structural Materials
Novel Characterization Methos
Novel Synthesis & Fabrication Methos
Soft Matter & Hybri Materials
西北大学Northwestern University
美国西北大学材料科学与工程专业以材料学、化学、物理学为基础，系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能，并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面研究的学科。研究领域有：
Art Conservation Science艺术保护科学
Biomaterials生物材料
Ceramics陶瓷材料
Composites复合材料
Energy能源材料
Magnetic Materials磁性材料
Materials for Electronics an Photonics电子材料与光子学
Materials Synthesis & Processing材料合成与加工
Materials Theory, Computation, an Design材料理论、计算与设计
Metals金属材料
Nanomaterials纳米材料
Polymers高分子材料
Self-Assembly材料与自组装
Surfaces an Interfaces表面与界面
佐治亚理工学院Georgia Institute of Technology
该项目专注于为下一代工程应用开发新材料。它从基础观点入手来看生物材料，纳米材料，陶瓷，金属，聚合物，电子材料和复合材料，强调原子和微观结构之间的关系，以及材料的性质，加工和性能。材料科学与工程学院为本科生和研究生提供了一系列选择。提供的研究生学位包括材料科学与工程硕士学位，有三个课程选择(论文、非论文和工业实习)。乔治亚理工学院设有独立的材料科学与工程学院,,目前设有生物材料(Biomaterials)、陶瓷材料(Ceramic Materials)、合成材料(Composites)、电子材料(Electronic Materials)、铁电与磁性材料(Ferroelectric an Magnetic Materials)、材料特性(Materials Characterization)、材料合成与加工(Materials Synthesis an Processing)、金属材料(Metals)、建模与模拟(Moeling an Simulation)、分子光谱学(Molecular Spectroscopy)、高分子材料(Polymers)、流变学(Rheology)、结构材料(Structural Materials)和表面特性(Surface Characterization)等研究方向。
