材料科学作为跨学科领域，涵盖多个专业方向。材料物理学专注于材料的基本性质、结构，包括晶体、非晶体、聚合物等。材料化学则侧重于材料组成、结构与化学反应特性，以及其对性能的影响。材料力学研究材料在应力、应变与损伤作用下的行为，以预测和优化性能。材料工程将科学原理应用于实际工程，涉及复合材料、金属与陶瓷等。材料化学工程结合化学工程与材料科学，用于新型材料与生产工艺的研究与开发。材料生物学研究生物材料及其在生物系统中的应用，如生物降解材料与生物医学材料。纳米技术探索1-100纳米尺度的材料与结构应用。表面和界面科学研究材料表面与界面性质，以及它们对材料性能的影响。材料检测与分析使用各种测试方法评估性能，包括力学、物理、化学与生物测试。材料加工与制造研究制备、加工与制造过程，以提高性能与降低成本。

材料设计科学与工程专业学习内容包括量子力学、材料科学基础、物理化学、材料力学性能、材料物理性能、材料制备与装备工艺、材料失效分析、材料固态相变、功能材料、材料设计研究前沿等。毕业生未来可从事焊接、铸造、锻造、热处理、材料测试与研发、技术支持、质量验证、钢企、重工企业、研究院、材料研究公司、质量监督局与海关的工作。主要工作包括工艺、质检、材料设计、试验、研究、开发与管理等。材料科学与工程领域的专业人才需具备深厚的物理与化学基础。