研究道路交通的發生、構成和運動規律的理論及其應用的學科，是由道路工程衍生而發展的。研究的物件是人、車、路及其與土地使用、房屋建築等綜合環境之間的相互關係。目的是探求使道路交通系統運輸能力最大、經濟效益最高、交通事故最少和公害程度最低的科學技術措施，從而指導道路系統的規劃建設和交通系統的運行管理。
發展簡史 道路規劃和交通管理的概念，古已有之。在中國，2000多年前的周朝時代，，道路規劃，已有端緒；交通管理，也有法規。如“男子由右，婦人由左，車從中央”，並種植行道樹，作為道路導向的標志。秦朝（公元前221～前206年）不僅修築瞭通向全國的馳道網，而且統一瞭全國的車軌距離，使造車和修路有瞭標準。唐朝（618～907年）建都長安，按棋盤形規劃建成城市道路網。
在西方，約公元前400年古羅馬修築瞭29條以羅馬城為中心，輻射到廣大地區的大道(習稱羅馬大道網)。在城市交通方面，如采用單向交通，規定高峰期間，在市中心商業大街上不準停車，限制一般車輛進城等，可說是交通控制的萌芽。1868年英國倫敦威斯敏斯特地區的煤氣交通信號燈，可算是近代交通設施的雛形。
20世紀的交通工程以汽車交通為主要對象。美國汽車工業起步於1903年。為瞭管理汽車交通，1921年有瞭交通工程師稱號，至1930年成立瞭交通工程師學會。1932年，德國修建瞭世界上第一條高速公路，並開始研究車輛與道路的關系。30年代，還出現瞭以概率論研究交通流量和速度關系的數學模型。
50年代，道路的大量修築，汽車數量的驟增，促進瞭交通工程的發展。在交通規劃中逐漸認識到土地的不同使用情況（如為工業、商業、住宅等）是交通需求的根源。為瞭更好地進行交通規劃，開始重視與土地使用有關的交通調查工作，如1953年美國底特律開始瞭地區性的交通起訖調查（即OD調查），尤其是1955年，芝加哥地區費時三載，經過大量調查，編制瞭綜合性的交通規劃；英國倫敦也舉辦瞭包括2437平方公裡和882.7萬人口的大規模交通調查；引起瞭全世界的重視。在交通流理論方面，在不同設想的基礎上，創立瞭跟隨理論、流體力學理論(交通波動理論)和排隊理論，1965年12月在美國底特律召開瞭首次交通流理論國際會議。交通工程工作者及有關學科的學者開始用應用數學、運籌學、控制理論、心理學、經濟學研究交通工程，認識到在交通工程中人的因素占重要的地位。人的生理機能、心理狀態、感覺及反應的靈敏度和準確性，情緒及對車輛性能的適應程度等都有很大的影響；把心理學引入交通工程，形成瞭交通心理學專題，從而溝通瞭人、車、路三者的相互關系。
在這期間，也是高速公路開始以大規模、高標準興建的時代，以美國、西歐各國為最盛。隨著高速公路的發展帶來瞭動態交通的飛躍發展，相應地對城市又產生瞭極為嚴重的靜態交通問題，即停車困難的問題。因此，對交通工程又增加瞭一個研究停車問題的重要內容。
汽車交通的發展，引起交通事故的激增，因之交通安全不能不引起重視。這又增加瞭交通工程一個組成部分。50年代末，私人小汽車的泛濫，使交通嚴重堵塞。重新起用公共交通被認為是解決“車害”的有效措施之一，所以在交通工程研究中又增加瞭公共交通的內容。
60年代，汽車交通對環境產生的交通公害日益嚴重。大氣污染、交通噪聲和交通振動，引起瞭居民的反感和不滿；因之，交通環境保護的研究應運而生，而且日益受到重視。1965年左右，電子計算機開始應用在交通信號的自動控制和交通規劃中。今後在改善交通系統的規劃，提高交通系統的運行效率，克服交通擁塞、環境污染和能源浪費等方面，計算機將日益發揮其重要作用。
70年代，遇到瞭石油危機，資本主義國傢經濟上又出現瞭不景氣，在發達的國傢用大量資金修築道路已有捉襟見肘之感，因此其註意力放在提高道路的使用效率方面，如控制小汽車交通，提倡公共交通，綜合治理道路和交通等，其具體內容表現為運輸系統管理(Transporta-tion System Management，縮稱TSM)的創立，它的內容是用最少的投資，在短期內采取多種措施，達到減少擁塞和疏通交通的作用。用系統工程改善交通，是交通工程研究的一項新趨勢。
中國交通工程的發展較晚，1979年底在上海首先成立瞭上海市交通工程學會，以後相繼成立瞭全國性及地方性的交通工程學會；大專院校也設立專業課程和研究機構，開始研究交通工程以解決中國的交通問題。特別應該提出的是中國有大量的自行車，汽車與自行車混合交通的研究，使中國交通工程的研究具有顯明的特色。
學科內容 人、車特性的研究 有效的道路系統和交通控制，需要瞭解人在各種復雜的道路交通環境中的本能和限度。人、車、路三者構成瞭一個互相作用的交通系統，首先必須瞭解在這系統中的三者的特性及其相互關系。此處所指的人是汽車駕駛員、騎自行車者和行人；所研究的內容，包括心理因素、生理因素、反應能力等；車輛的研究主要是指：車輛尺寸、重量、行駛性能及駕駛員的乘用情況，以及道路、交通設施的設計如何適應車輛性能的要求；道路的研究主要是指它的組成部分；幾何線型、坡度、坡長、交叉、視距、路面的滑溜程度、停車距離等及其對交通的影響（見道路平面、道路縱斷面、道路交叉、道路行車視距）。
交通調查 收集分析有關道路交通實際的可計量資料，作為規劃和設計道路交通設施、制訂幾何設計標準、進行技術經濟分析、決定交通優先等的依據；並可用來評價交通改善後的效益；探討交通特性和一般原理。其內容有：交通量的量測，起訖調查，速度觀測，行程時間及延遲調查，交通事故調查，停車調查等。
交通規劃 根據某一地區的人口、經濟和土地使用等情況，經過調查找出其當前的交通形式，根據未來的人口、經濟和土地使用的情況，預測未來的交通形式，提出可供選擇的不同的交通規劃方案，對各方案進行評價，對實施的程序和費用進行估計。其內容根據地區范圍大小而有不同要求，且有長期和短期規劃之分。
交通流理論 應用物理和數學的原理來描述交通流運行形態的理論，用於道路交通設施的設計和管理，以發揮其最大可能的效能。其中交通流的分佈，由於其隨機性的特征，則采用概率論的數學手段；跟隨理論是用微分方程表達車輛列隊行駛時的追隨現象，將跟隨狀態中發生的各種現象用理論加以分析闡明，應用這項理論可以改善隧道中的車流，闡明瓶頸處的交通現象，以及驗證連鎖尾撞問題；流體力學理論是將車流看作流體現象，並假定交通量和交通密度之間的經驗公式去解流體連續方程，其應用和跟隨理論大致相同；排隊理論是以概率理論為基礎研究排隊系統現象的一種理論，在20世紀初首先應用於電話交換，1936年移用於信號交叉路口的行人延誤問題，1954年排隊模型應用在收費的停車庫管理上，同時又用以分析車輛的各種延誤問題。近年來，交通流理論的進展不大。
道路通行能力 道路系統中，某一部分在一定的時間內，在具體的情況下，能夠通過的最大車輛數。是道路規劃、設計和交通運行管理的重要依據。1965年又把交通服務質量和通過數量結合在一起，根據不同的行車情況，將服務水平從最壞到最理想分成幾個等級，在某種服務水平下的通行能力稱為服務通行能力。一般根據所在位置分為連續和間斷兩類。前者是指兩個平面交叉中間的路段上，後者指平面交叉上。
停放車 停放車是靜態交通，行車是動態交通。動態的產生往往依賴於靜態的條件。因此，足夠的停車場地是產生車輛出行的因素，也是土地開發和使用的必要條件。研究的內容有停放車調查，路上停車方式，路外停車場以及停車的控制和管理等方面。
幾何設計 道路幾何組成部分，包括道路平面、縱斷面、橫斷面等的設計，其決定的因素有速度、交通量、地形以及特殊的需要。還包括道路分類的劃分，技術標準的制定，規劃年的交通量預估等。
道路交叉 兩條或兩條以上的道路相交的范圍，包括交通運行的車道和路旁設施。
交通事故和安全 防止車禍提高安全是交通工程研究的重要任務。交通事故的原因涉及人、車、路和環境諸方面，所以內容也較廣泛。研究主題大致分為四個方面：①交通事故調查登記和分析；②從人、車、路各方面研究事故發生的原因；③研究事故的後果和損害問題；④交通事故的防護措施和經濟分析。具體的內容包括：事故的處理，飲酒駕車、限速和安全的關系，法規宣傳安全教育，車輛安全設備和使用，車燈，街道照明，反光標志、標線，車輛剎車性能，車輛檢驗，碰車研究，道路防滑，防護欄及緩沖設備等。
交通信號和系統 用動力操縱的信號以顯示指令或警告。廣義上包括交叉口的紅綠燈、閃光鈕、車道指示信號、行人過街信號、鐵路道口號志等。按其種類分為：人控信號、定時信號、車控信號及電子計算機控信號等。交通信號系統是在一條路線上或一個地區，把有關的信號協調一致，以達到車暢其流，減少擁塞和延遲的目的。系統的基本分類有：單獨系統，按時間協調系統，聯結定時系統，交通反應系統，聯結車動系統，交通調整系統和數字電子計算機信號控制系統等。
交通公害 交通活動對環境產生有害於生物和社會的後果，主要有大氣污染、交通噪聲、交通振動。①大氣污染。是指由汽車排放廢氣對大氣的污染，主要是二氧化硫、一氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物和鉛的氧化物等，還包括所揚起的飛塵和橡膠細屑等。研究的對象有：產生的原因及危害性，污染的監測，汽車廢氣污染的預測，環境保護標準的制訂以及對污染的控制和防護的措施等。②交通噪聲。研究噪聲計量和質量評價，監測和預測，控制措施和噪聲環境標準等。③交通振動。指汽車在道路行駛時產生的振動，由於繁重的交通加上不平的路面所引起。交通振動對於居民的身心和鄰近的構築物引起不良的後果，也是交通公害之一。其研究的內容有：移動式振源的振動原理，振動評價和限制，振動測量，防止措施等。
電子信息系統和交通控制 用電子技術在道路系統上傳輸語言、圖像、數據和脈沖等信息的專用通訊系統，以達到疏導交通、節約能源、提高安全、充分利用現有設備的目的，是交通工程一個新的開拓面。內容包括有：車輛控制系統，用以補充駕駛人本能的不足；交通流的控制系統，從整體上管理和指導交通流；咨詢服務。這些可以在行程中進行。今後隨著電子技術的進步和推廣，將在交通工程中起更大的作用。
公共交通 包括公共汽車系統，電車系統，快速公共交通系統（一般指地下或高架交通），輕軌系統，活動中心短程系統等。交通工程探討的內容有：公共交通調查（資料收集、乘客起訖調查、乘務質量調查），速度及延遲調查，運行管理分析，經濟分析，新交通系統的試驗研究等。
交通節能 包括節能汽車的試制，駕駛經濟的研究，改善信號、優化配時以減輕交通阻滯，省油的幾何設計研究等。
趨勢 自從20年代建立起交通工程後，對於道路交通的改善起瞭很大的作用。但自50年代起，則感到交通問題，尤其是城市交通問題所面臨的情況非常復雜，除瞭各種交通設施本身外，還有周圍環境，以及各自系統和其他交通方式系統的互相關系，並必須研究土地使用、社會經濟等對交通運輸的影響等，其范圍遠超出瞭土木工程的領域，因而逐漸形成瞭運輸工程學科。
作為一個運輸工程工作者，就需要瞭解各種交通設施的基本要素：包括通道(指道路、水道、鐵路等)；交通樞紐終端（指航空港、碼頭、火車站等）和運載工具（指汽車、火車、飛機、船舶等）以及經濟管理的知識。面臨近代交通運輸的復雜現象，需要現代的分析手段和各種系統技術，以求得運輸系統的最優化，並獲得最佳的決策。