วิศวกรรมเครื่องกล (อังกฤษ: Mechanical engineering) เป็นวิชาเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้คณิตศาสตร์และกฎทางฟิสิกส์เพื่อการประดิษฐ์ การผลิต และการดูแลรักษาระบบเชิงกล วิศวกรรมเครื่องกลเป็นหนึ่งในสาขาทางวิศวกรรมที่เก่าแก่ที่สุดและมีขอบข่ายกว้างขวางที่สุด
การศึกษาวิศวกรรมเครื่องกลนั้นจำเป็นต้องมีความเข้าใจในหลักการพื้นฐานของหลักกลศาสตร์ พลศาสตร์ อุณหพลศาสตร์ กลศาสตร์ของไหลและพลังงานเป็นอย่างดี วิศวกรเครื่องกลนั้นสามารถใช้หลักการณ์พื้นฐานได้ดีพอกับความรู้อื่น ๆ ในงานภาคสนามเพื่อการออกแบบและวิเคราะห์ยานยนต์ อากาศยาน ระบบทำความร้อนและความเย็น เรือ ระบบการผลิต จักรกลและอุปกรณ์อุตสาหกรรม หุ่นยนต์และอุปกรณ์ทางการแพทย์ เป็นต้น
การประยุกต์ใช้ศาสตร์ทางวิศวกรรมเครื่องกลนั้นถูกบันทึกเอาไว้ในหลายสังคมยุคโบราณและยุคกลางทั่วโลก ในกรีกยุคโบราณงานของอาร์คิมิดีส (287 –212 ก่อนคริสตกาล) และงานของเฮรอนแห่งอเล็กซานเดีย (ค.ศ. 10–70) นับได้ว่ามีอิทธิพลอย่างลึกซึ้งต่อประยุกตวิทยายุโรปมากเลยทีเดียว ในจีน จาง เหิง (??) (ค.ศ. 78–139) พัฒนานาฬิกาน้ำและเครื่องตรวจจับแผ่นดินไหว หม่า จวิน (??) (ค.ศ. 200–265) ประดิษฐ์ติดตั้งเฟืองทดบนรถม้า ซู ซ่ง (??) (ค.ศ. 1020–1101) ช่างนาฬิกาและวิศวกรได้ประยุกต์กลไกเอสเคปเมนต์ (Escapement Mechanism) เพื่อการประดิษฐ์หอนาฬิกาเชิงดาราศาสตร์ได้สองร้อยปีก่อนที่กลไกนี้จะถูกค้นพบในยุโรปเป็นกลไกที่ใช้โซ่ส่งกำลัง (Chain Drive) กลไกแรกในโลก
ในช่วงยุคทองของอิสลาม ระหว่างคริสต์ศตวรรษที่ 7 ถึง 15 มีการพัฒนาศาสตร์ด้านกลไกอย่างเด่นได้ชัด อัล จาชิริ ผู้แต่งตำรา "ตำราแห่งความรู้เกี่ยวกับกลไกอันชาญฉลาด (Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices) " ใน ค.ศ. 1206 ซึ่งนำเสนอรูปแบบกลไกมากมาย เขาถูกพิจารณาว่าเป็นผู้ประดิษฐ์อุปกรณ์เชิงกลหลายอย่างซึ่งปัจจุบันถือเป็นกลไกพื้นฐานดั่งเช่นเพลาแคมและแคร๊ง
ในช่วงต้นคริสตศัตวรรษที่ 19 พัฒนาการด้านเครื่องมือกลในอังกฤษและสกอตแลนด์ทำให้วิศวกรรมเครื่องกลแยกตัวออกมาจากวิศวกรรมสาขาอื่น ๆ โดยเน้นไปที่งานเครื่องจักรอุตสาหกรรมและเครื่องยนต์ต้นกำลัง ใน ค.ศ. 1847 สมาคมวิศวกรเครื่องกลแห่งแรกได้ถูกก่อตั้งขึ้นในสหราชอาณาจักรหรือสามสิบปีหลังการก่อตั้งสมาคมวิศวกรโยธา ในสหรัฐอเมริกา สามคมวิศวกรเครื่องกลแห่งอเมริกา (American Society of Mechanical Engineers, ASME) ถูกก่อตั้งใน ค.ศ. 1880 กลายเป็นสมาคมทางวิศวกรรมลำดับที่สามตามหลังสมาคมวิศวกรโยธาแห่งอเมริกา (1852) และสถาบันวิศวกรเหมืองแร่แห่งอเมริกา (1871) สำหรับสถาบันการศึกษาแรกที่เปิดหลักสูตรวิศวกรรมศาสตร์ในอเมริกาคือ วิทยาลัยการทหารแห่งสหรัฐอเมริกา (โรงเรียนนายร้อยทหารบกเวสต์พอย์ต) ในค.ศ. 1817 ซึ่งต่อมากลายเป็น มหาวิทยาลัยนอร์วิช (Norwich University) ในค.ศ. 1819 และสถาบันโพลิเทคนิคเรนส์ซเลียร์ ในค.ศ. 1825 โดยประวัติศาสตร์การศึกษาด้านวิศวกรรมเครื่องกลนั้น มีพื้นฐานการศึกษาที่เน้นหนักไปทางด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์
ศาสตร์ทางด้านวิศวกรรมเครื่องกลนั้น ได้รับการพิจารณาว่าเป็นศาสตร์ทางวิศวกรรมที่กว้างที่สุด งานของวิศวกรเครื่องกลนั้นมีขอบข่ายตั้งแต่ก้นมหาสมุทรไปจนถึงอวกาศอันไกลพ้น
หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลมีเปิดสอนในสถาบันการศึกษาทั่วโลก ในจีน, เนปาล และอเมริกาเหนือ หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลจะเป็นหลักสูตรสี่ถึงห้าปี และผู้สำเร็จการศึกษาจะได้รับวุฒิวิทยาศาสตรบัณฑิต (วท.บ.) เทคโนโลยีบัณฑิต (ทล.บ.) หรือ วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต (วศ.บ.) ซึ่งจะมีการระบุถึงสาขาวิศวกรรมเครื่องกล ในสเปน โปรตุเกส และอเมริกาใต้ หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลจะเป็นหลักสูตร 5 ปีสำหรับการเรียนในห้อง หรือ 6 ปีรวมการฝึกภาคปฏิบัติ ในประเทศไทย หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลเป็นหลักสูตร 4 ปี
ในอเมริกา หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลระดับปริญญาตรีโดยส่วนมากจะได้รับการรับรองจากคณะกรรมการรับรองหลักสูตรสำหรับวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี (Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET)) เพื่อให้มั่นใจได้ว่าทุกมหาวิทยาลัยมีหลักสูตรการเรียนการสอนอยู่ในมาตรฐานที่คล้ายคลึงกัน สำหรับในประเทศไทยนั้น หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลจะได้รับการดูแลโดยสภาวิศวกร
วิศวกรเครื่องกลอาจจะเข้ารับการศึกษาเพิ่มเติมในระดับปริญญาโทและเอกในสาขา วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต (วศ.ม.) วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต (วท.ม.) หรือ ปริญญาเอกในสาขาวิศวกรรมศาสตร์ หรือปริญญาทางวิศวกรรมอื่น ๆ สำหรับกรศึกษาในระดับมหาบัณฑิตหรือปริญญาอื่น ๆ อาจจะทำหรือไม่ทำวิทยานิพนธ์ก็ได้
มาตรฐานของหลักสูตรที่ถูกกำหนดในแต่ละประเทศนั้นจะมีลักษณะที่คล้ายคลึงกันด้านการเรียนการสอนในวิชาพื้นฐานทางด้านวัสดุศาสตร์ สร้างความสามารถในตัวบัณฑิตวิศวกรรมทุกคนให้มีความสามารถทำงานในฐานะผู้เชี้ยวชาญด้านวิศวกรรมได้เหมือนกัน สำหรับในประเทศไทย สภาวิศวกรได้กำหนดว่าหลักสูตรทางวิศวกรรมศาสตร์จะที่ได้รับการรับรองนั้นจำต้องมีการสอนความรู้วิชาพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์, ความรู้วิชาพื้นฐานทางวิศวกรรม และความรู้วิชาเฉพาะทางวิศวกรรม อีกทั้งยังจะต้องมีคณาจารย์ และสถานที่ ห้องสมุด และห้องปฏิบัติการ เป็นไปตามเกณฑ์ และมีการจัดทำระบบประกันคุณภาพและผ่านการรับรองจากกระทรวงที่รับผิดชอบ อย่างไรก็ตาม วิชาเฉพาะในหลักสูตรนั้นอาจจะแตกต่างกันออกไปโดยบางมหาวิทยาลัยอาจจะบรรจุหลายสายวิชาลงในรายวิชาเดียว หรืออาจจะแยกสายวิชาออกมาเป็นหลายรายวิชา ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งอำนวยการสอน และสาขาการวิจัยของมหาวิทยาลัย โดยทั่วไปวิชาพื้นฐานของวิศวกรรมเครื่องกลประกอบด้วย
วิศวกรเครื่องกลจำต้องมีความเข้าใจและสามารถประยุกต์ใช้ความรู้พื้นฐานทางเคมี, ฟิสิกส์, วิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์, วิศวกรรมโยธา อีกทั้ง หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลมีการสอนวิชาแคลคูลัสหลายรายวิชา อีกทั้งจะต้องมีการสอนวิชาคณิตศาสตร์ชั้นสูงเช่น สมการเชิงอนุพันธ์ (รวมถึงสมการเชิงอนุพันธ์เชิงย่อย) และ พีชคณิต อีกด้วย
นอกจากนี้ บางหลักสูตรทางวิศวกรรมเครื่องกล อาจจะเน้นเฉพาะทางลงไปเช่น วิศวกรรมยานยนต์, วิศวกรรมการบินและอวกาศยาน, วิศวกรรมต่อเรือ,วิศวกรรมขนถ่ายวัสดุ, วิศวกรรมจักรกลเกษตร หรือวิศวกรรมหุ่นยนต์หรือสาขาอื่น ๆ
โดยส่วนมาก หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลจะบังคับให้นักศึกษาได้รับการฝึกงานในสถานประกอบการทางวิศวกรรมจริงอย่างน้อยหนึ่งรายวิชา แต่สำหรับประเทศไทยนั้น นักศึกษาวิศวกรรมเครื่องกลทุกคนจะต้องผ่านการฝึกงานจริงหนึ่งรายวิชา ส่วนมากการฝึกงานของนักศึกษาวิศวกรรมเครื่องกลในประเทศไทยจะถูกจัดอยู่ในภาคการศึกษาภาคฤดูร้อนของปีการศึกษาที่สาม
ไม่จำเป็นว่าวิศวกรเครื่องกลทุกคนจะต้องมีใบประกอบวิชาชีพถึงจะทำงานได้ วิศวกรบางคนอาจจะขอใบอนุญาตประกอบวิชาชีพวิศวกรรมจากหน่วยงานภาครัฐระดับชาติ, รัฐ หรือมณฑล ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกฎหมายที่บังคับใช้ในแต่ละรัฐ แต่สำหรับประเทศไทย สภาวิศวกรคือหน่วยงานเดียวที่สามารถออกใบรับรองให้วิศวกรทั่วประเทศ วิศวกรที่จะได้รับใบประกอบวิชาชีพนั้นคือวิศวกรที่ผ่านการตรวจสอบแล้วว่ามีความรู้เฉพาะทางที่จำเป็น, มีประสบการณ์งานจริง และมีความรู้ด้านกฎหมายที่เกี่ยวข้องกับงานทางวิศวกรรมในระดับผู้เชี่ยวชาญงานวิศวกรรม ในประเทศไทยนั้น วิศวกรที่จะได้รับการรับรองนั้นจะต้องสำเร็จการศึกษาในหลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลที่สภาวิศวกรรับรอง
ในหลาย ๆ ประเทศ มีองค์กรทางวิชาชีพวิศวกรรมเครื่องกลที่มีชื่อเสียง และทำคุณประโยชน์ในการพัฒนาวิชาชีพและนำวิชาการทางวิศวกรรมเครื่องกลสร้างประโยชน์สังคม หลาย ๆ องค์กร ได้แก่ ASME (American Society of Mechanical Engineers) หรือ JSME (Japanese Society of Engineers) ในประเทศไทยก็มีสมาคมวิศวกรเครื่องกลไทย (Thai Society of Mechanical Engineers) สมาคมวิศวกรรมปรับอากาศแห่งประเทศไทย
ในหลาย ๆ บรรษัททางวิศวกรรม โดยเฉพาะบรรษัทจากประเทศอุตสาหกรรมเริ่มมีการใช้โปรแกรมช่วยทางวิศวกรรม (CAE) ในการออกแบบและวิเคราะห์ระบบการผลิต รวมไปถึงการใช้โปรแกรมเขียนแบบทางวิศวกรรม (CAD) โปรแกรมเหล่านี้มีประโยชน์มากมายนัก ไม่ว่าจะทำให้การออกแบบง่ายขึ้นและแบบมีความสมบูรณ์แบบมากขึ้น, สามารถสร้างแบบเสมือนการประกอบกันของชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์ และง่ายออกแบบส่วนเชื่อมต่อและการคำนวณความคลาดเคลื่อน
โปรแกรมช่วยทางวิศวกรรมที่มักจะถูกใช้โดยวิศวกรรมเครื่องกลนั้นรวมไปถึง Product lifecycle management (PLM) และโปรแกรมในการจำลองสถานการณ์ที่ซับซ้อน โปรแกรมช่วยทางวิศวกรรมนี้อาจจะถูกใช้ในการคำนวณภาระที่อาจจะเกิดขึ้น รวมทั้งการคำนวณหาขีดจำกัดการล้า และความสามารถในการผลิต โปรแกรมเหล่านี้นั้นรวมไปถึง finite element analysis (FEA), computational fluid dynamics (CFD), และ computer-aided manufacturing (CAM).
งานภาคสนามของวิศวกรเครื่องกลเกิดจากการประยุกต์ใช้ความรู้ในหลาย ๆ แขนงของวิศวกรรมเครื่องกล สาขาย่อยของวิศวกรรมเครื่องกลที่ถูกเขียนถึงต่อไปนี้มักจะจะถูกสอนในระดับตั้งแต่ปริญญาตรีลงมา นอกจากนี้บทความส่วนนี้จะอธิบายถึงรายละเอียดโดยย่อพร้อมทั้งตัวอย่างการประยุกต์ใช้ที่มักจะถูกใช้ สาขาย่องบางสาขาเป็นสาขาเฉพาะสำหรับวิศวกรเครื่องกล แต่ในบางสาขาเกิดจากสนธิความรู้จากสาขาอื่น งานของวิศวกรเครื่องกลส่วนมากใช้ความรู้และทักษะจากสาขาต่าง ๆ เหล่านี้เข้าด้วยกันพอพอกับการใช้ความรู้จากสาขาที่เป็นความเชี้ยวชาญเฉพาะทาง สาขาความเชี่ยวชาญเฉพาะทางในบทความส่วนนี้มักจะสอนในระดับสูงกว่าปริญญาตรี หรือการฝึกสอนในภาคปฏิบัติมากกว่าการวิจัยในระดับปริญญาตรีหรือต่ำกว่า สาขาความเชี่ยวชาญเฉพาะทางจะถูกกล่าวถึงในส่วนท้าย ๆ ของเนื้อหาส่วนนี้
กลศาสตร์ คือการศึกษาแรงและผลกระทบของมันบนวัตถุ สำหรับกลศาสตร์วิศวกรรมแล้ว กลศาสตร์ถูกใช้เพื่อการวิเคราะห์และคำนวณความเร่งและการเปลี่ยนรูป (ทั้งบนวัสดุอีลาสติก และพลาสติก) บนวัสดุที่ทราบแรงที่เข้ากระทำ (หรือที่เรียกว่าภาระ) หรือทราบความเค้น สาขาย่อยของกลศาสตร์มีดังนี้
วิศวกรเครื่องกลมักจะใช้กลศาสตร์ในขั้นตอนการออบแบบและวิเคราะห์ ตัวอย่างเช่นในการออกแบบรถยนต์ สถิตยศาสตร์อาจจะถูกใช้ในการออกแบบโครงรถเพื่อหาว่าบริเวณใดท่ได้รับความเครียดสูงที่สุด พลศาสตร์อาจจะถูกใช้ในการออกแบบเครื่องยนต์เช่นคำนวณแรงในลูกสูบ ความแข็งแรงของวัสดุจะถูกใช้เพื่อการเลือกวัสดุที่มีความเหมาะสม ส่วนกลศาสตร์ของไหลอาจจะถูกใช้เพื่อการวิเคราะห์ระบบระบาบอากาศ หรือระบบดูดอากาศเข้าเครื่องยนต์
จลนศาสตร์ (kinematics) เป็นการศึกษาการเคลื่อนไหวของวัตถุและระบบโดยไม่สนใจแรงที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว การเคลื่อนไหวของเครนหรือการเคลื่อนที่กลับไปกลับมาของลูกสูบเป็นตัวอย่างหนึ่งของระบบทางจลนศาสตร์อย่างง่าย เครนเป็นตัวอย่างของระบบเปิดทางจลนศาสตร์ ส่วนลูกสูบเป็นระบบปิดแบบโฟร์บาร์ลิงเกจ
วิศวกรจะใช้จลนศาสตร์ในการออกแบบและวิเคราะห์กลไก ซึ่งจลนศาสตร์นี้สามารถใช้คำนวณหาขอบเขตการเคลื่อนที่ของกลไก หรือออกแบบกลไกที่มีเพื่อตอบสนองการเคลื่อนที่ของกลไก
เครื่องกลไฟฟ้าเป็นศาสตร์ผสมระหว่างวิศวกรรมเครื่องกล, วิศวกรรมไฟฟ้าและวิศวกรรมซอฟต์แวร์ ซึ่งพิจารณาได้ว่าการผสมผสานความรู้ทางไฟฟ้าและเครื่องกลนั้นเป็นระบบผสม (Hybrid system) ดังนั้นเครื่องยนต์จะสามารถเคลื่อนไหวได้ด้วยตัวเองจากการใช้มอเตอร์ไฟฟ้า, กลไกเซอร์โว หรืออุปกรณ์ทางไฟฟ้าอื่น ๆ ภายใต้การควบคุมของโปรแกรมพิเศษ ตัวอย่างง่าย ๆ ของเครื่องกลไฟฟ้าคือเครื่องอ่านซีดีรอม โดยระบบเชิงกลนั้นคือระบบชักถาดซีดีเข้า/ออก, การหมุนแผ่นซีดี และกลไกขยับหัวอ่านเลเซอร์ โดยที่ระบบทางไฟฟ้าจะทำการอ่านข้อมูลและแปลงสัญญาณ ส่วนซอฟต์แวร์ทำหน้าที่ควบคุมกระบวนการและสื่อสารระหว่างซีดีกับคอมพิวเตอร์
สำหรับวิศวกรรมหุ่นยนต์นั้นเป็นการประยุกต์ใช้เครื่องกลไฟฟ้าเพื่อการสร้างหุ่นยนต์ ซึ่งส่วนมากจะใช้ปฏิบัติงานที่อันตราย, ไม่พึงประสงค์ หรืองานซ้ำซากสำหรับมนุษย์ หุ่นยนต์เหล่านี้จะมีรูปร่างหรือขนาดอย่างไรก็ได้ แต่พวกมันล้วนถูกโปรแกรมและสามารถตอบสนองทางกายภาพต่อสิ่งเร้าได้ เพื่อการสร้างหุ่นยนต์ วิศวกรจะใช้คิเนมาติกส์เพื่อออกแบบขอบเขตการเคลื่อนไหว และกลศาสตร์เพื่อวิเคราะห์ความเค้นในหุ่นยนต์
หุ่นยนต์ถูกใช้มากในอุตสาหกรรม ซึ่งทำให้ต้นทุนแรงงานต่ำลง สามารถทำให้ผู้ประกอบการทำงานที่อันตรายเกินไป หรือซ้ำซากเกินไปสำหรับมนุษย์ได้อย่างคุ้มค่าและสามารถรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ได้ หลาย ๆ บรรษัทอาจจะใช้หุ่นยนต์ในขั้นตอนการประกอบชิ้นส่วน และบางโรงงานใช้หุ่นยนต์ทำงานทั้งหมดจนไม่ต้องใช้มนุษย์ทำงาน และนอกจากในโรงงานแล้ว หุ่นยนต์อาจจะถูกใช้ในการกู้ระเบิด, การสำรวจอวกาศ หรืองานอื่น ๆ นอกจากนี้หุ่นยนต์ก็สามารถทำงานบ้านได้
การวิเคราะห์เชิงโครงสร้างเป็นสาขาหนึ่งของวิศวกรรมเครื่องกล (และวิศวกรรมโยธา) เพื่อตรวจสอบว่าเป้าหมายนั้นพังเพราะเหตุใดและทำไม ความเสียหายเชิงโครงสร้างโดยทั่วไปแล้วจะเกิดขึ้นได้สองลักษณะใหญ่คือความเสียหายสถิตย์ (Static Failure) และความเสียหายล้า (Fatigue Failure) ความเสียหายเชิงโครงสร้างสถิตย์เกิดขึ้นเมื่อเป้าหมายที่ถูกพิจารณานั้นแตกหักหรือเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก (Plastic Deforming) ขึ้นอยู่กับเกณฑ์พิจารณา (ในบางกรณี การเปลี่ยนรูปนั้นสามารถยอมรับได้ จึงไม่ถือว่าเกิดความเสียหาย) สำหรับความเสียหายล้าคือความเสียหายที่เกิดขึ้นจากการรับภาระที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดอยู่ตลอดเวลาซ้ำไปซ้ำมาเป็นวงรอบหลาย ๆ รอบ สาเหตุของความเสียหายล้านี้เกิดความไม่สมบูรณ์แบบของวัสดุ เช่นเกิดการแตกหักในระดับไมโครบนผิวของวัสดุซึ่งจะค่อย ๆ ทวีความเสียหายมากขึ้นเรื่อย ๆ ในแต่ละรอบการทำงานจนกระทั่งรอยแตกหักนั้นกว่างมากพอที่จะถือได้ว่าเสียหายอย่างที่สุด (Ultimate Failure)
การเขียนแบบคือการที่วิศวกรเครื่องกลเขียนแบบเพื่อแนะนำชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์ซึ่งให้รายละเอียดมิติที่จำเป็นต้องแจ้งให้ผู้ผลิตทราบ ตลอดจนการระบุหมายเหตุ, รายการวัสดุที่ต้องใช้และข้อมูลที่จำเป็นอื่น ๆ แบบที่เขียนนี้อาจจะเขียนด้วยมือหรือคอมพิวเตอร์ก็ได้ วิศวกรหรือช่างที่มีหน้าที่ในการเขียนแบบนี้จะถูกเรียกว่าช่างเขียนแบบ ในอตีตการเขียนแบบจะเป็นการเขียนภาพสองมิติ แต่โปรแกรมcomputer-aided design (CAD) ทำให้ช่างเขียนแบบสามารถเขียนภาพสามมิติได้
ข้อแนะนำในการผลิตนี้จำต้องป้อนเข้าสู่เครื่องจักรที่จำเป็น ไม่ว่าจะเป็นการป้อนข้อมูลโดยทั่วไปหรือผ่านการใช้โปรแกรม computer-aided manufacturing (CAM) หรือโปรแกรมผสม CAD/CAM โดยทางเลือกแล้ววิศวกรอาจจะทำการผลิตชิ้นส่วนโดยอาศัยแบบที่ได้รับมา แต่การประยุกต์ใช้เครื่องCNC (computer numerically controlled) นั้นได้รับความนิยมใช้มากขึ้นเช่นกัน ในเบื้องต้นวิศวกรยังผลิตชิ้นส่วนด้วยมนุษย์ในงานหรือกระบวนการที่การใช้เครื่องจักรไม่ให้ผลตอบแทนที่คุ้มค่าเชิงเศรษฐศาสตร์เช่นการพ่นสีเคลือบผิว หรือ การขัดผิว
การเขียนแบบถูกใช้แทบจะทุกสาขาทางวิศวกรรมเครื่องกลและวิศวกรรมสาขาอื่นและสถาปัตยกรรม แบบจำลองสามมิติที่ถูกเขียนด้วย CAD โดยมากอาจจะถูกประยุกต์ใช้ในโปรแกรม finite element analysis (FEA) และ computational fluid dynamics (CFD) อีกด้วย
อุณหพลศาสตร์คือวิทยาศาสตร์ประยุกต์ที่ถูกใช้ในวิศวกรรมหลายสาขารวมไปถึงวิศวกรรมเครื่องกลและวิศวกรรมเคมี อธิบายอย่างง่ายที่สุดเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์ก็คือศาตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับพลังงานและการเปลี่ยนรูปของพลังงานภายในระบบ สำหรับในทางวิศวกรรมแล้ว จะสนใจการเปลี่ยนรูปของพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งเป็นหลัก ตัวอย่างเช่นเครื่องยนต์รถยนต์ที่เปลี่ยนแปลงพลังงานเคมี (เอนทัลพี) ในน้ำมันไปเป็นความร้อน และพลังงานกลตามลำดับเพื่อการขับเคลื่อนล้อรถ
หลักการทางอุณหพลศาสตร์ถูกใช้มากในทางวิศวกรรมเครื่องกลในด้านการถ่ายเทความร้อน, thermofluids และการอนุรักษ์พลังงาน วิศวกรเครื่องกลใช้ความรู้ทางด้านนี้เพื่อการออกแบบเครื่องยนต์, โรงต้นกำลัง, ระบบความร้อน-ถ่ายเทอากาศ-การปรับอากาศ, อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน, อุปกรณ์ระบายความร้อน, ตู้เย็น, ฉนวนความร้อน ฯลฯ
วิศวกรเครื่องกลพยายามขยายขอบเขตความรู้ในสาขาวิชาของตนออกไปอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ปลอดภัยมากขึ้น, ลดต้นทุนการผลิต, และมีประสิทธิภาพมากขึ้น งานวิจัยใหม่ ๆ ที่กำลังเป็นที่สนใจมีดังนี้
วัสดุผสมคือการผสมวัสดุเข้าด้วยกันเพื่อให้เกิดคุณลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างออกไปจากวัสดุเดิมโดด ๆ การวิจัยวัสดุผสมในแวดวงวิศวกรรมเครื่องกลเจาะจงไปที่การออกแบบวัสดุที่แข็งแรงกว่า และมีความคงทนถาวรมากกว่า (และด้วยผลที่ตามมาก็คือสภาวะที่เหมาะสมใช้งาน) โดยพยายามที่จะลดน้ำหนักของวัสดุลง มีความคงทนสึกกร่อนและปัจจัยไม่ปรารถนามากขึ้น คาร์บอนไฟเบอร์เป็นตัวอย่างหนึ่งของวัสดุที่ถูกใช้ผสมลงในวัสดุซึ่งถูกใช้อย่างแพร่หลายตั้งแต่ในอวกาศยานลงมาจนถึงเบ็ดตกปลา
เครื่องกลไฟฟ้าคือการผสมผสานความรู้ทางวิศวกรรมเครื่องกล, ไฟฟ้า, อิเล็กทรอนิกส์ และคอมพิวเตอร์เข้าด้วยกัน เพื่อการศึกษาระบบอัตโนมัติและถูกใช้งานในการควบคุมระบบผสมชั้นสูง
ระเบียบวิธีไฟไนต์เอเลเมนต์ไม่ใช่สาขาใหม่ เนื่องจากแนวคิดพื้นฐานของมันได้ถูกคิดขึ้นมาตั้งแต่พ.ศ. 2484แล้ว แต่พัฒนาการของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ทำให้การวิเคราะห์ไฟไนท์อีลาเมนท์เป็นทางเลือกที่จับต้องได้ในปัญหาการวิเคราะห์โครงสร้าง มีโค้ดเชิงพานิชย์มากมายที่ได้รับความนิยมในอุตสาหกรรมเพื่อการวิจัยและออกแบบชิ้นส่วน เช่น ANSYS, Nastran and ABAQUS
ณ ขนาดที่เล็กที่สุด วิศวกรรมเครื่องกลได้กลายมาเป็นเทคโนโลยีนาโนและวิศวกรรมโมเลกุล โดยมีเป้าหมายเพื่อการสร้างอุปกรณ์ขนาดจิ๋วเพื่อสร้างโมเลกุลหรือวัสดุผ่านแม็คคาโนซินเทสิส
