著重研究機械中機構的結構和運動等問題的學科，是機械原理的主要分支。傳統的機構學把機構的運動(例如旋螺母的運動)看作隻與其幾何約束方式有關，而與受力、品質和時間等無關。這樣，在19世紀中葉，機構學就從一般力學中獨立出來，並日益發展。機構學的研究內容是對各種常用機構如連桿機構（見平面連桿機構和空間連桿機構）、凸輪機構、齒輪機構(見齒輪傳動)、差動機構、間歇運動機構、直線運動機構、螺旋機構(見螺旋傳動)和方向機構等的結構和運動，以及這些機構的共性問題，在理論上和和方法上進行機構分析和機構綜合。
機構分析包括結構分析和運動分析兩部分。前者研究機構的組成並判定其運動可能性和確定性；後者考察機構在運動中位移、速度和加速度的變化規律，從而確定其運動特性。掌握機構分析的方法對於如何合理使用機器、驗證機械設計是否完善等是必不可少的，所以機構分析也是機構綜合的基礎。但是綜合有時不存在唯一解，因而機構分析和綜合往往是不可逆的。
設計新機器時，先要考慮兩個問題：一是為瞭完成某一工藝或生產要求采取什麼運動，這屬於專業問題；二是采用什麼機構來實現這種運動，這是機構綜合問題。所謂機構綜合就是根據要求實現的運動選定機構的結構類型，確定機構的幾何尺寸，亦即進行機構的結構綜合和運動綜合，然後畫出能夠實現所求運動的機構運動簡圖。對於高速或高精度的機構，為更好地符合實際情況，還應考慮構件彈性和運動副間隙等實際因素的動力分析和動力綜合。
機構分析和綜合的方法過去大多采用圖解法，現代由於機構的計算機輔助設計和優化設計的發展，解析法也得到越來越廣泛的應用。