機械是現代社會進行生產和服務的五大要素（即人、資金、能量、材料和機械)之一，並且能量和材料的生產還必須有機械的參與。任何現代產業和工程領域都需要應用機械，例如農業、林業、礦山等需要農業機械、林業機械、礦山機械；冶金和化學工業需要冶金機械、化工機械；紡織和食品加工工業需要紡織機械、食品加工機械；房屋建築和道路、橋樑、水利等工程需要工程機械；電力工業需要動力機械；交通運輸業需要各種車輛、船舶、飛機等；各種商品的計量、包裝、儲存、裝卸需要各種相應的工作機械。就是是人們的日常生活，也越來越多地應用各種機械瞭，如汽車、自行車、縫紉機、鐘表、照相機、洗衣機、冰箱、空調機、吸塵器，等等。機械工程是以有關的自然科學和技術科學為理論基礎，結合在生產實踐中積累的技術經驗，研究和解決在開發、設計、制造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的一門應用學科。
各個工程領域的發展都要求機械工程有與之相適應的發展，都需要機械工程提供所必需的機械。某些機械的發明和完善，又導致新的工程技術和新的產業的出現和發展，例如大型動力機械的制造成功，促成瞭電力系統的建立；機車的發明導致瞭鐵路工程和鐵路事業的興起；內燃機、燃氣輪機、火箭發動機等的發明和進步以及飛機和航天器的研制成功導致瞭航空、航天工程和航空、航天事業的興起；高壓設備（包括壓縮機、反應器、密封技術等）的發展導致瞭許多新型合成化學工程的成功。機械工程就是在各方面不斷提高的需求的壓力下獲得發展動力，同時又從各個學科和技術的進步中得到改進和創新的能力。
機械工程的服務領域和工作內容
服務領域 機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產的部門，無不需要機械工程的服務。概括說來，現代機械工程有五大服務領域。
① 研制和提供能量轉換機械，包括將熱能、化學能、原子能、電能、流體壓力能和天然機械能轉換為適合於應用的機械能的各種動力機械，以及將機械能轉換為所需要的其他能量（電能、熱能、流體壓力能、勢能等）的能量變換機械。
② 研制和提供用以生產各種產品的機械，包括應用於第一產業的農、林、牧、漁業機械和礦山機械，以及應用於第二產業的各種重工業機械和輕工業機械。
③ 研制和提供從事各種服務的機械，包括交通運輸機械、物料搬運機械、辦公機械、醫療器械、通風、采暖和空調設備、除塵、凈化、消聲等環境保護設備等。
④ 研制和提供傢庭和個人生活中應用的機械，如洗衣機、冰箱、鐘表、照相機、運動器械等。
⑤ 研制和提供各種機械武器。
工作內容 不論服務於哪一領域，機械工程的工作內容基本相同，按其工作性質可分為六個方面。
① 建立和發展可以實際地和直接地應用於機械工程的工程理論基礎。這方面主要有：研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能及其應用的工程材料學；研究材料在外力作用下的應力、應變等的材料力學；研究熱能的產生、傳導和轉換的燃燒學、傳熱學和熱力學；研究摩擦、磨損和潤滑的摩擦學；研究機械中各構件間的相對運動的機構學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等。
② 研究、設計和發展新的機械產品，不斷改進現有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和將來的需要。這方面包括：調研和預測社會對機械產品的新的要求；探索應用機械工程和其他工程技術中出現的新理論、新技術、新材料、新工藝，進行必要的新產品試驗、試制、改進、評價、鑒定和定型；分析正在試用的和正式使用的機械存在的缺點、問題和失效情況，並尋求解決措施。
③ 機械產品的生產。包括：生產設施的規劃和實現；生產計劃的制訂和生產調度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發運；對產品質量進行有效的控制。
④ 機械制造企業的經營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品，生產批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產，銷售對象遍及全部產業和個人、傢庭，而且銷售量在社會經濟狀況的影響下可能出現很大的波動。因此，機械制造企業的管理和經營特別復雜和困難。企業的生產管理、規劃和經營等的研究也多是肇始於機械工業。生產工程、工業工程等在成為獨立學科之前，都曾是機械工程的分支。
⑤ 機械產品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。
⑥ 研究機械產品在制造過程中，尤其是在使用中所產生的環境污染和自然資源過度耗費方面的問題及其處理措施。這是現代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。
機械工程學科分支
機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產業可分為農業機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。相同的工作原理，相同的功能或服務於同一產業的機械有相同的問題和特點，因此機械工程就有幾種不同的分支學科體系。另外，全部機械在其研究、開發、設計、制造、運用等過程中都要經過幾個工作性質不同的階段，按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統，如機械科研、機械設計、機械制造、機械運用和維修等。這些按不同方面分成的多種分支學科系統互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力裝置、核動力裝置、內燃機、燃氣輪機，以及與按行業分的中心電站設備、工業動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬於船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬於核動力裝置。驅動時鐘用的發條和重錘裝置是動力機械，但不是熱力機械、流體機械、透平機械或往復機械。其他分支之間也有類似的重疊、交叉關系。分析這種復雜關系，研究機械工程最合理的分支系統，有一定的知識意義，但沒有很大的實用價值。
考慮到分類的科學性和讀者查找條目的方便，本卷的分類目錄采用混合分類法。本卷的內容則著重在介紹通用於整個機械工程的技術知識，其次介紹通用於多個行業的或專用而重要的機械的技術。
機械工程的發展過程
人類成為“現代人”的標志是制造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單粗糙的工具是後來出現的機械的先驅。從制造簡單工具演進到制造由多個零件、部件組成的現代機械，經歷瞭漫長的過程。
幾千年前，人類已創制瞭例如用於谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行於江河的船及其槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。
人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發展起瞭重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國，公元前1000～前900年就已有瞭冶鑄用的鼓風器，並漸從人力鼓風發展到畜力和水力鼓風。
15～16世紀以前，機械工程發展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發展方面還是積累瞭相當多的經驗和技術知識，成為後來機械工程發展的重要潛力。17世紀以後，資本主義在英、法和西歐諸國出現，商品生產開始成為社會的中心問題。許多高才藝的機械匠師和有生產觀念的知識分子致力於改進各產業所需的工作機械和研制新的動力機械──蒸汽機。18世紀後期，蒸汽機的應用從采礦業推廣到紡織、面粉、冶金等行業。制作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械制造工業開始形成，並在幾十年中成為一個重要產業。機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發展成為一門有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命以及資本主義機械大生產的主要技術因素。
動力機械的發展 動力是發展生產的重要因素。17世紀後期，隨著各種機械的改進和發展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產提高到一個新的階段。在英國，紡織、磨粉等產業越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅動工作機械。但當時已有一定規模的煤礦、錫礦、銅礦礦井中的地下水，仍隻能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產需要下，18世紀初出現瞭T.紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上隻應用於煤礦。1765年J.瓦特發明瞭有分開的凝汽器的蒸汽機，降低瞭燃料消耗率。1781年瓦特又創制出提供回轉動力的蒸汽機，擴大瞭蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發明和發展，使礦業和工業生產、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統等體積龐大、笨重，應用很不方便。19世紀末，電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初，電動機已在工業生產中取代瞭蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。生產的機械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產發揮作用。
發電站初期應用蒸汽機為原動機。20世紀初期，出現瞭高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現瞭適應各種水力資源的大、小功率的水輪機，促進瞭電力供應系統的蓬勃發展。
19世紀後期發明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易於操縱、並可隨時啟動的原動機。它先被用以驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以後又用於汽車、移動機械（如拖拉機、挖掘機械等）和輪船，到20世紀中期開始用於鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內燃機和以後發明的燃氣輪機、噴氣發動機的發展，還是飛機、航天器等成功發展的基礎技術因素之一。
機械加工技術的發展 工業革命以前，機械大都是木結構的，由木工用手工制成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以制造儀器、鎖、鐘表、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，越來越大，要求的精度也越來越高。應用的金屬材料從銅、鐵發展到以鋼為主。機械加工包括鑄造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術及其裝備，以及切削加工技術和機床、刀具、量具等，得到迅速發展，保證瞭各產業發展生產所需的機械裝備的供應。
社會經濟的發展，對機械產品的需求猛增。生產批量的增大和精密加工技術的進展，促進瞭大量生產方法（零件互換性生產、專業分工和協作、流水加工線和流水裝配線等）的形成。
簡單的互換性零件和專業分工協作生產，在古代就已出現。在機械工程中，互換性最早體現在H.莫茲利於1797年利用其創制的螺紋車床所生產的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師E.惠特尼用互換性生產方法生產火槍，顯示瞭互換性的可行性和優越性。這種生產方法在美國逐漸推廣，形成瞭所謂“美國生產方法”。20世紀初期，H.福特在汽車制造上又創造瞭流水裝配線。大量生產技術加上F.W.泰勒在19世紀末創立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產的機械產品的生產效率很快達到瞭過去無法想象的高度。
20世紀中、後期，機械加工的主要特點是：①不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；②發展少無切削加工工藝；③提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度。自動化從機械控制的自動化發展到電氣控制的自動化和計算機程序控制的完全自動化，直至無人車間和無人工廠；④利用數字控制機床、加工中心、成組技術等，發展柔性加工系統，使中小批量、多品種生產的生產效率提高到近於大量生產的水平；⑤研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術。
機械工程基礎理論的發展 18世紀以前，機械匠師全憑經驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學幾乎不發生聯系。到18～19世紀，在新興的資本主義經濟的促進下，掌握科學知識的人士開始註意生產，而直接進行生產的匠師則開始學習科學文化知識。他們之間的交流和互相啟發取得很大的成果。在這個過程中，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎理論。
動力機械最先與當時的先進科學相結合。蒸汽機的發明人T.薩弗裡、瓦特應用瞭物理學傢D.帕潘和J.佈萊克的理論。在蒸汽機實踐的基礎上，物理學傢S.卡諾、W.J.M.蘭金和開爾文建立起一門新的科學──熱力學。內燃機的最重要的理論基礎是法國的A.E.B.de羅沙在1862年創立的，1876年N.A.奧托應用羅沙的理論，徹底改進瞭他原來創造的粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內燃機而奠定瞭內燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導下得到發展，而理論也在實踐中得到改進和提高。
早在公元前，中國已在指南車上應用復雜的齒輪系統，在被中香爐中應用瞭能永保水平位置的十字轉架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是，關於齒輪傳動瞬時速比與齒形的關系和齒形曲線的選擇，直到17世紀之後方有理論闡述。手搖把和踏板機構是曲柄連桿機構的先驅，在各文明古國都有悠久歷史，但是曲柄連桿機構的形式、運動和動力的確切分析和綜合，則是近代機構學的成就。機構學作為一個專門學科遲至19世紀初才第一次列入高等工程學院（巴黎的工藝學院）的課程。通過理論研究，人們方能精確地分析各種機構，包括復雜的空間連桿機構的運動，並進而能按需要綜合出新的機構。
機械工程的工作對象是動態的機械。它的工作情況會發生很大的變化。這種變化有時是隨機的而不可預見；實際應用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷；加工精度有一定的偏差，等等。與以靜態結構為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此，早期的機械工程隻運用簡單的理論概念，結合實踐經驗進行工作。設計計算多依靠經驗公式；為保證安全，都偏於保守。結果，制成的機械笨重而龐大，成本高，生產率低，能量消耗很大。
從18世紀起，設計計算從兩個方面不斷提高瞭精確度：①在材料強度方面，從早期按靜強度除以安全系數（考慮一切不精確性和分散性因素的經驗系數）的粗糙計算，提高到考慮材料的疲勞（19世紀後半期）；從一律按材料的無限疲勞壽命進行設計，改為按照實際要求的壽命進行有限壽命設計(20世紀前半期)；從認為材料原則上不能有裂紋，發展到以斷裂力學理論為依據，考慮裂紋材料的強度和壽命。②在機械結構的力學分析方面，從應用經驗公式和簡化的力學分析來確定各種受力和力矩，發展到應用復雜的力學分析和數學計算方法。進入20世紀，又出現各種實驗應力分析方法。人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力，在發現應力過高過低時，便可能作出必要的調整。20世紀後半葉，人們開始應用有限元法和電子計算機的迅速可靠的數值計算，對復雜的機械及其零件、構件進行力、力矩、應力、應變等的分析和計算。對於掌握有充分的實踐或實驗資料的機械或其元件，已經可以運用統計技術，按照要求的可靠度科學地進行機械設計，或者按機械的實際情況（實際的質量、實際的使用條件等）科學地判斷其可靠度和壽命。但在許多機械工程工作中，仍還應用一些經驗方法、經驗公式和經驗系數等，不過其中的科學成分在不斷增加，經驗成分則不斷減少。
展 望
機械工程與人類的生存環境 工程技術的發展在提高人類物質文明和生活水平的同時，也對自然環境起瞭破壞作用。20世紀中期以來，暴露出來的嚴重問題有兩個方面：資源（其中最嚴重的是能源）的大量消耗和環境的嚴重污染。能源方面，在近期改進核裂變動力裝置、發展太陽能、地熱、潮汐能、海水溫差能等，可以減少對非再生的化石能源的依賴。從長遠的觀點看，核聚變是很有希望的和幾乎無窮盡的未來能源。以核物理學的現在和將來的成就為基礎，機械工程與其他工程技術一起，在21世紀中完成核聚變動力裝置的開發和推廣可能徹底解決世界的能源問題。使用這種新能源可同時消除對大氣的二氧化碳污染。
地殼中和海水中的金屬礦藏的蘊藏量極為豐富。隻要改進采礦和選礦的工藝和提高采、選礦機械的性能，以降低可以經濟利用的礦石品位，並充分回收金屬廢料，在有足夠的能量供應的條件下，金屬材料資源不愁匱乏。在煤、石油、天然氣等不再被大量地用作燃料而主要作為合成材料的原料之後，非金屬材料的供應也可得到長遠的保證。
化學工程、冶金工程等生產流程中所產生的廢氣、廢水等環境污染源，通過改進流程、增加凈化機械和設施並提高其凈化效率，在技術上是能夠加以消除的。
機械工程一向以增加生產、提高勞動生產率、提高生產的經濟性，即以提高人類的近期利益為目標來研制和發展新的機械產品。在未來的時代，新產品的研制將以降低資源消耗，發展潔凈的再生能源，治理、減輕以至消除環境污染作為超經濟的目標任務。
機械工程與人工智能 機械工程是傳統的工程技術。機械可以完成人用雙手和雙目以及雙足雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。現代機械工程創造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現實。人類現在已能上遊天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有瞭加強並部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發展已經顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創造出人們無法想象的奇跡。
人類智慧的增長並不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。人工智能與機械工程之間的關系近似於腦與手之間的關系。其區別僅在於人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經系統的限制。人工智能消除瞭這個限制。機械工程可以充分利用這個新出現的巨大可能性。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發展。
機械工程的專業化和綜合化 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續出現瞭專業化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰結束的前後期間達到瞭最高峰。由於機械工程的知識總量已擴大到遠非一個人所能全部掌握，一定的專業化是必不可少的。但是過度的專業化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統觀和統籌稍大規模的工程的全貌和全局，並且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現和技術整體的進步，對外界條件變化（新技術、新材料和新產品的出現、新的環境保護法規、原材料和能源供應及價格的變動，以及個人的工作調動、職務提升等）的適應能力很差。封閉性專業的專傢們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協同工作時配合協調困難，也不利於繼續自學提高。因此自20世紀中、後期開始，又出現瞭綜合的趨勢。人們更多地註意瞭基礎理論，拓寬專業領域，合並分化過細的專業。
綜合－專業分化－再綜合的反復循環，是知識發展的合理的和必經的過程。但是，綜合的恢復，不能是現有專業的簡單合並，而是在更高一級上的綜合，其目的是為瞭能更好地發揮專業知識作用。不同專業的專傢們各具有精湛的專業知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協同工作的有力集體。正確地而不是教條主義地處理知識的綜合與專業的關系，是新的技術革命時代中培養機械工程人才的主要課題。
綜合與專業是多層次的。在機械工程內部有綜合與專業的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術，也有處於更高一層、更宏觀的綜合與專業問題。