經過多年發展，學院形成了4 個穩定的科研方向，研究範圍涉及金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料、復合材料。
1、鎂、鋁合金控制塑性成形技術
該方向通過對鎂、鋁合金材料性能和產品形狀的精確控制，研究節能降耗、提高性能、降低成本的新方法、新原理及裝備，並通過工程化研究，推動科研成果的轉化。該方向現擁有國家級”國防精密塑性成形技術研究應用中心”、”鎂基材料深加工技術”教育部工程研究中心、”山西省集成精密成形工程技術研究中心”；研究團隊為”國防科技創新團隊”和”山西省高校優秀創新團隊”。團隊中有正高職稱者7 人，享受政府特貼專家2 人，省高校青年學術帶頭人2 人，省拔尖創新人才、全國優秀教師、山西省鎂合金及鎂加工首席專家、總裝發展規劃專家組成員、國防科工委先進制造專家組成員、《塑性工程學報》編委、全國塑性工程學會常務理事各1 人。
近5 年，承擔國家自然科學基金重點項目、國家863 等國家級項目8 項，省部級項目21 項，科研經費2680 萬元；獲省部級科技壹等獎3 項，二等獎1 項，三等獎3 項；授權發明專利8 項；發表論文265 篇，其中SCI、EI 收錄48 篇；向企業轉化新技術15 項，與企業合作30 多項。
2、功能復合材料
該方向研究新型降解高分子復合材料及成型新技術、新工藝，應用於減振器、電子偵察與反偵察領域的光、電、磁功能納米復合材料，應用於各種武器、航空航天飛行器的高強輕質樹脂基復合材料，陶瓷復合材料高效、快速制備新工藝、新方法。該方向擁有”山西省高分子復合材料工程技術研究中心”。團隊中有”新世紀百千萬人才工程國家級人選”1 名、享受國務院特殊津貼專家1 名、教育部新世紀優秀人才1 名、”新世紀學術技術帶頭人333 人才工程”省級人選1 名、省高校青年學術帶頭人1名、中國產學研合作促進會新材料專業委員會常務理事1 名。
該方向承擔國防973、國家自然科學基金、教育部新世紀優秀人才支持計劃項目各1 項，省部級科研項目30 項，獲得科研經費2000 余萬元；獲山西省科技進步壹等獎1 項、二等獎1 項，山西省科技發明二等獎1 項；授權中國發明專利11 項、美國發明專利1 項、歐洲發明專利1 項；在重要期刊發表論文216 篇，其中SCI、EI 收錄60 篇，出版專著2 部。
3、鋁合金鑄造新工藝及快速制模技術
該方向研究內容涉及鋁合金鑄造新工藝、激光快速成型等，主要包括電磁低壓鑄造、鑄造過程的計算機模擬、激光快速成型與制模技術，以及大型復雜鋁鑄件快速集成鑄造技術。該方向擁有”山西省鑄造新工藝工程技術研究中心”。團隊中有教育部新世紀優秀人才1 人、”新世紀學術技術帶頭人333 人才工程”省級人選1 人、山西省高校青年學術帶頭人3 人、山西省高校教學名師1 人。該方向承擔國家科技支撐項目、國家自然科學基金項目、總裝備部瓶頸項目、國防基礎科研等項目35 項，總經費1 800 多萬元；獲部級壹等獎1 項、山西省科技進步二等獎3 項、三等獎2項、國防科學技術三等獎1 項；授權發明專利6 項；發表學術論文213篇，其中SCI、EI 收錄論文40 篇，出版專著4 部。
4、高性能低成本通用高分子材料
該方向圍繞通用高分子材料的高性能化及應用化，研究高性能低成本相結合的、環境友好的、原料資源多樣化的高分子樹脂的先進制備和成型加工新技術，突破高性能低成本高分子材料改性的關鍵技術。該方向擁有”山西省工程塑料工程技術研究中心”。團隊承擔省級科研項目7 項，獲得科研經費215 萬元；獲山西省科技進步三等獎4 項；授權發明專利4 項；發表學術論文156篇，其中SCI和EI 收錄45 篇；出版專著4 部；2 人獲”山西省優秀碩士學位論文”；向國內外企業轉讓技術10 余項。除以上4 個主要研究方向外，材料科學與工程學院在焊接材料及其檢測技術、陶瓷成型工藝、碳材料制備等方面也已建立了相應的科研團隊。 2006~2011年學院科研成果豐厚，發表論文1 000 余篇，其中被SCI、EI 收錄200 余篇，授權發明專利48 項，出版專著10 部，獲省部級壹等獎5 項、二等獎4 項。