一、材料液态结构及其遗传性
       主要开展金属材料的液体结构、物理性质及其对固体组织和性能的遗传影响；探索熔体处理新技术、熔铸新工艺；注重传统材料的改性和新型结构材料的开发，提出了金属液体脆性理论，发现金属液体中的中程有序结构，开发用于铝基和铁基的遗传性中间合金及金属熔铸用系列产品，广泛应用于十余个国家一百余家大型铝合金制品生产企业，推动了航空航天、交通运输、船舶等制造业轻量化的发展；先后荣获11项国家科技成果奖励，取得了显著的经济效益与社会效益；材料液态结构及其遗传性研究是材料学院的特色研究方向，整体研究水平处于国内一流，在国内外同类研究领域形成了较大的学术影响。
二、材料塑性成形仿真与模具
       主要开展材料塑性成形过程数值模拟方法、精密塑性成形及特种成形技术与装备、产品/模具CAD/CAM/CAE技术、快速成形与快速模具制造技术等方面的研究。近年来，承担20余项国家和省部级科研课题，完成多项企业委托课题，获国家和省部级科技成果奖励10余项，出版教材、著作、大典或手册等10余部，在国内外期刊发表论文200余篇。开发的快速热循环高光注塑工艺，解决了普通注塑方法表面光洁度低，需打磨、喷塑等后处理带来的生产效率低、环保压力大等问题，相关技术在海信集团等单位获得大面积推广与应用；采用学院技术生产的350km/h和380km/h高速列车车体用系列铝型材和500km/h高速试验列车车体用系列铝型材成功应用于我国高速列车、地铁轻轨、轻量化汽车、船舶和大型工程结构等领域，取得丰硕的社会与经济效益。
三、材料连接技术与智能化控制
       主要开展铸铁、高强钢、陶瓷等材料及异种材料的先进连接工艺与焊接材料，焊接过程数值模拟与智能控制，机器人焊接过程监控等领域的研究。在特种焊接材料与工艺、焊接熔池形态及其热过程的研究方面，具有明显特色和优势，在国内外同类研究领域形成重要影响。近年来承担20余项国家、省部级和国际合作项目。先后获国家级科技成果奖励3项、省部级科技成果奖励19项、山东省十佳国际科技合作奖1项，获国家发明专利6项。
四、高性能金属材料
       主要开展高性能金属材料、金属基复合材料、生物材料设计制备以及与之相关的处理新工艺、表面工程等研究工作，包括：新型金属材料、超硬材料、生物材料、功能材料及其表面改性；从材料设计理论出发，突出材料制备和表面改性过程中“成分－工艺－组织－界面结构－器件”之间的内在规律，将应用基础理论研究与应用技术开发相结合，形成了以多学科相互交叉渗透、基础学科与应用学科相结合的特色。近年来出版教材10部；承担国家级、省部级科研课题30余项。
五、特种高分子材料
       重点开展高性能的碳纤维及其复合材料、有机硅材料等设计制备及工程化及复合材料结构仿真分析和智能检测等研究工作，主要服务于国防、航天航空和高端制造等领域。主要包括丙烯腈聚合与纺丝工艺、纤维碳化结构演变、碳纤维复合损伤容限分析与健康监测技术、高性能复合材料设计与制备等；在有机硅材料研究领域，主要针对高阻尼减震、耐高温、耐介质、耐烧蚀等耐极端环境和口腔等特殊环境要求，开展具有阻尼、自愈合、抗菌等功能的有机硅材料的设计与制备。近年来，该方向承担了国家863、973、国家重大专项等课题50余项，形成了以理论研究为基础，产学研相结合，上下游应用一体化科研模式，在全国设立有多个技术转化平台；研究成果在大型飞机、“神舟”、“天宫”等重大工程和国家电网、油田采油、公共安全等重点领域获得应用，拥有专利100余项，获得省部级奖励3余项。
六、先进陶瓷材料
       主要开展高性能工程陶瓷及其复合材料、新型半导体金刚石单晶与器件、硼化物功能晶体材料、环境友好材料等新材料制备与性能研究。近年来先后承担5项国家“863”攻关计划和多项国家级、省部级重大、重点研究课题；获得国家技术发明二、三等奖各1项和国家科技进步二等奖1项；建成超硬材料山东省工程技术研究中心和山东省工程陶瓷重点实验室。在陶瓷增韧理论与应用、铁基金刚石催化剂和半导体金刚石单晶、硼化镧晶体以及聚合物基环境友好材料等方面形成了鲜明的研究特色和优势。
七、新能源材料
       开展纳米新能源材料设计与制备研究，发展纳米材料技术与新能源材料相结合技术，探索高性能新能源材料、电解液设计与制备技术。探索了石墨烯微纳复合包覆的硅基锂离子电池负极材料的结构设计、石墨烯与硅的材料耦合机制、新型石墨烯/硅复合负极的电极动力学等科学问题，开发出的石墨烯/纳米硅复合电极材料具有工艺简单、比容量高、倍率性能优异、库伦效率佳和循环性能好的特点；在固态硫化物锂离子电池电解质、金属锂电极、锂空电池等纳米储能材料研究方面取得了有价值的成果。
八、计算材料学
       主要以第一性原理、分子动力学、热力学、动力学、相场、温度场、应力应变场计算等多尺度的先进计算软件为手段，结合液态X射线、物性测量、材料测试等先进实验手段，探索微观结构及其演变机理，利用材料设计计算方法，在研究材料的原始结构以及到终态结构的演变过程的基础上，探索新材料先进设计与制备技术的理论依据，主要涵盖金属与合金、半导体、高分子、复合材料等各种体系的多个尺度与层次的建模，包括：基于第一性原理方法的材料最微观的原子与电子结构尺度；基于经典分子动力学模拟等方法的纳米尺度；基于相场模拟材料组织演变与热力学计算等方法的微米尺度；基于有限元、凝固模拟等方法的材料宏观尺度研究；以及在各个尺度上相关材料数据库的研发。
九、先进包装材料与设计
       主要从事先进包装材料的结构设计与制备、包装材料与容器设计与制造、智能包装技术和仓储物流设计等研究工作，形成了包装功能、包装结构设计、材料结构设计以及制备等完整的技术环节。