材料科学与工程是研究材料的制备或加工工艺、材料结构与材料性能三者之间的相互关系的科学。材料其实是一门高度交叉的学科，所涉及的理论包括固体物理学，材料化学，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。 材料科学是一门以实验为主的基础学科，比起电子工程，计算机科学，物理，化学这些学科来说，申请人数要少很多，在美国的大学里，材料专业并不是十分普及，只有偏重工程类的院校才设有这个专业，因此总体的竞争不是非常激烈，当然，对于和先进电子技术和纳米科技相关的研究方向，比如微机电系统，纳米光电子材料，纳米生物材料等方向的竞争要比传统的金属或者非金属材料的竞争激烈一些。
1金属材料 Metallic Materials
研究内容主要包括钢铁材料，以及其他合金比如 TiAl ， NiAl 等金属间化合物和非晶态合金，主要研究合金的相变，微观组织对金属材料力学和物理性能的影响，金属基复合材料的组织和性能的关系，材料的失效分析等等。
申请分析：这个方向是材料领域最古老最传统的方向，竞争不是很激烈，对 GPA 以及 GT 成绩的要求都不是很高，申请者一般都是国内大学里金属材料或者金相专业的学生，即使学校一般， GPA 在 3.0 左右， TOEFL100 左右， GRE315 左右，都比较容易获得 TOP100 之内学校这个方向的 PhD 全奖。当然这个专业申请的人并不多，将来的就业范围基本上就是金属材料的科研领域，社会上的实用性比较差，就业前景不太好。
2无机非金属材料 Ceramic Materials
研究内容主要包括陶瓷材料的制备研究，如粉末冶金法，高温烧结法等等，以及陶瓷基复合材料的组织和性能的关系，还有一些功能套磁的研究，例如铁电陶瓷，压电陶瓷等等。
申请分析：这个专业方向也属于比较传统的方向，申请人数不是很多，不过近几年，陶瓷领域的发展比金属材料要迅速很多，例如，高温超导陶瓷材料的发现对经济产生了比较大的影响，目前在这个领域的研究非常活跃。因此这个申请方向比金属材料竞争激烈，不过申请的人数不是很多，将来就业的前景比金属材料要好，不仅可以在科研机构搞研究，而且某些陶瓷材料比如高温超导材料已经实现了产业化，就业的前景还是比较好的。
3高分子材料 Polymer/Organic Materials
研究内容包括生物材料，导电高分子材料，生物高分子材料，自组织生物材料，水溶胶以及高分子材料的制备以及高分子材料加工－形貌－特性的关系的研究。
申请分析：最近几年高分子材料的发展非常迅速，有很多美国大学都在高分子的研究领域投入了巨大的科研力量，这个领域不像金属材料，经过上百年的发展已经到了非常成熟的地步。高分子的兴起才几十年，研究成果层出不穷，高分子导电，软光刻技术的发展对电子工业的发展起到了巨大的推动作用。因此这个方向的竞争是比较激烈的。申请这个方向的学生一般来自高分子材料专业，还有化学系和化工系的学生。
4电子，光学与磁性材料 Optical,Electronic an Magnetic Materials
这个方向主要研究半导体材料和器件，光电子材料和器件，磁性薄膜材料和器件，薄膜的生长，表面和界面的电子特性，微电子加工技术。
申请分析：这个研究方向是材料领域中竞争最激烈的方向，它和电子产业的发展有非常密切的关系，目前半导体领域的技术更新非常迅速，半导体芯片的发展非常迅速，这个研究方向是半导体芯片制造的重要基础。因此未来的就业前景是非常乐观的。
5计算材料科学 Computational Materials Science
主要是利用 MonteCarlo 模拟以及分子动力学的方法进行材料结构，特性的模拟和理论计算，材料热力学和动力学过程的模拟，超大大分子材料的理论计算，复杂材料的统计力学计算等等。
申请分析：这个领域主要是理论研究，申请的人比较少，竞争不激烈。这个领域 PhD 学习难度比较大，完成学位的时间比较长，最短也要 5 年，一般都是 6 年。就业前景很差。
材料科学发展的新兴方向
最近十几年，材料科学的发展具有高度交叉的特点，很多从事材料研究的学者都来自物理，化学，生物，电子工程等不同的背景。目前最尖端的材料研究领域是纳米线，纳米碳管的研究，以及半导体量子点，量子阱材料的研究以及 MEMS （微机电系统）的研究，比如纳米齿轮，纳米机器人等等，还有生物材料，比如人造器官，药物载体等等 . 这些领域都是材料科学的研究范畴，但是又和其他学科有密切的联系。
材料类专业的特点分析
美国有材料科学的大学分别有自己不同的特点，从名称上看都叫材料科学与工程，但实际上不同的学校研究的方向和侧重点有很大的差别，不同学术背景的申请者应该选择适合自己的学校申请。下面对美国开设材料科学与工程的学校进行分类说明。
1综合材料类
这类学校是指上述所有领域的研究方向全部包括的学校，这些学校的综合排名和专业排名都非常高，申请难度比较大： University of Illinois-Urbana Champaign University of California at Berkley MIT Northwestern University Pennsylvania State University Georgia Institute of Technology Cornell University
2偏重金属材料方向的学校
这类学校的材料科学与工程系主要偏重粉末冶金，凝固与铸造，合金相变，磁性材料的性能与制备，材料的力学性能等等。 这类学校主要有 University of Tennessee, Michigan Tech, New Mexico Institute of Mines an Tech, University of Connecticut, University of Missouri-Rolla, Purue University, Case Western Reserve University, Michigan State University, Auburn University, Worcester Polytechnic Institute. 这类学校适合那些从事传统金属材料学习和研究的申请者。
3偏重于高分子类材料的学校
University of Virginia, University of Delaware, University of California-Davis, Clemson University ， SUNY-Stony Brook. 这些学校适合那些在中国从事高分子材料或者化学，化工背景的申请者。
4 高度交叉类的学校，偏重于新兴纳米材料，半导体材料，纳米光电子材料的学校。
这类学校材料系研究的都是非常前沿的课题，他们的课题和教授都和其他的院系有非常紧密的联系，充分体现了当前材料研究的高度交叉性。
典型学校
Princeton University ： 专门有普林斯顿材料研究院 PRISM ，主要从事纳米光电子，纳米量子材料了器件的研究，申请者不仅要有扎实的材料基础，同时还必须有非常强的物理电子学背景，申请的难度很大
University of California-San Diego ： 这个学校的材料系是不同的院系组合起来的，没有专门的材料系的 faculty ，几乎所有的项目都来自不同的院系。这样的材料系适合具有物理，化学，电子工程等专业背景，并偏重材料研究的申请者，对于专门学习材料专业的申请者不是非常合适
Columbia University ： 材料系是固体物理系和地质科学与采矿系共同组建的，主要从事半导体材料的研究，偏重于从固体物理的角度研究材料的特性，因此比较适合物理背景的申请者。材料系的申请者物理基础比较单薄，申请比较困难 .
Northwestern University ：是世界上第一个建立材料工程专业的大学，建立 50 多年来，科研成果显著，得到了国内外的一致认可。学院教学设施一流，有很多大型的研究中心，包括材料研究中心，纳米科学与工程中心，国际纳米科技中心等。 2016 年该专业排名全美第 2 位。美国西北大学材料专业设置在 McCormick 工程及应用科学学院内 ; 有硕士及博士课程 ; 学生有机会通过参加各种研究小组、研讨会以、发表文章以及作助教来提高自己的表达和写作能力。
加州大学圣芭芭拉分校 (UCSB) : 材料科学方面的研究位列美国前茅。 UCSB 的材料系 (Materials Department) 开设有 MS 与 PhD 两种学位项目，但更倾向于招收 PhD 学生，实际基本不招收 MS 学生。国际学生 GPA 要求最好在 3.2 以上，必需有 GRE 成绩，但无最低分数要求。该系大多数学生均可以获得全额的奖学金资助，囊括全部的学费、医疗保险费外加每年 28,000 美元的生活补助。
该学校除了拥有数个全球顶尖的纳米材料实验室，还拥有众多其它与材料研究相关的实验室，包括材料研究实验室、多功能材料和结构中心、节能材料中心、复合材料研究所、先进材料中心、国际材料研究中心等。其中，材料研究实验室是世界公认的五大材料研究中心之一，研究范围宽广，在全球范围内影响力巨大。复合材料研究所则是加州大学圣芭芭拉分校与洛斯阿拉莫斯国家实验室合作成立的研究项目，主要从事金属复合材料和工程材料方面的研究。此外，先进材料中心则是与日本三菱化学公司合作成立的研究机构。
