材料科学与工程(Materials Science an Engineering)是一个多学科领域，涉及物质的性质及其在各个科学和工程领域的应用。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。
学位设置
在美国大学中，材料科学与工程专业一般是在工程学院下，有独立的Department。之前说过其学位设置每个学校会有所不同，大体可以分为两种情况：一是只开设MS和PHD学位，这里的MS学位通常是针对就业的Professional学位；另一种则是开设有常规的MS, MEng和PHD学位，MS通常是两年，以授课为主，侧重学术，毕业后可以选择就业也可继续攻读PHD学位；而MEng则是一年，主要针对就业，更侧重于实践。值得注意的是，有不少学校只对国际生开设PHD课程，即使有MS学位的开设，招收国际学生的数量很少。
具体分支方向及研究内容：
1、高分子材料 Polymer Materials
主要研究导橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料以及这些材料的制备、表征、加工、形貌、特性。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。
2、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。
3、无机非金属材料 Ceramic Materials
主要研究水泥、玻璃、光导纤维、非金属矿、绝缘材料、功能陶瓷如压电陶瓷，由于陶瓷材料耐高温、耐磨、硬度大在无机非金属材料中应用最广泛。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。
4、计算材料科学 Computational Materials Science
这是一种工程技术手段，主要用计算机模拟以及分子动力学的方法进行材料结构、特征模拟、复杂材料的统计力学、大分子材料理论。具体研究内容例如：电子结构和焊接、原子协议、电子材料的缺点及微观结构、结构和位相转变、光子及电子机械内部和外部结构的反应。该方向对于学生的课程背景(计算机课程)要求比较严格，且必须要有相关的项目背景。
5、电子、光学、磁性材料 Optical、Electronic an Magnetic Materials
主要研究光学与光谱学、液晶、聚合物二级管、光电池和光子晶体、半导体材料和装置、磁存储器、磁性薄膜及磁性发电机装置、压电晶体的表面和界面特性。这个方向竞争最激烈，由于现在社会朝微电子方向发展，所以就业前景非常乐观。近年来这个方向申请的人数逐渐增加，并且光电材料方向在电气工程下也有设置，如果学生的电气工程背景，课程中有材料相关课程，且有光电材料方面的项目，可以考虑申请材料专业。
6、生物材料Biomaterials
主要研究碳纳米管的合成及自然材料的特征、无机材料的合成、有机和生物材料化学、材料加工、材料热力学、生物应用材料、分子细胞和生物力学、材料力学和生物材料、材料成像。在研究过程中也会和仿生学相结合，比方说人造骨骼和人造肌肉。
7、纳米材料Nano Materials
主要研究量子力学、材料的机械性能、纳米科学与工程、端口的纳米机械和纳米生物技术、纳米结构材料、纳米材料、纳米材料的加工。纳米材料也是属于回报率比较高的一个研究方向，但是就业前景不是十分理想。
8、能源材料Energy Materials
主要研究太阳能电池、能量贮存、经济和环境材料选择、高级能量转换的基础、固态元件和能量转换、材料的能量贮存、能量和材料制定政策、未来能源系统材料。应用最为广泛，也最常见的就是太阳能电池板了。
9、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。
