Kỹ thuật cơ khí là một ngành Khoa học kỹ thuật, ứng dụng các nguyên lý vật lý, kỹ thuật và khoa học vật liệu để thiết kế, phân tích, chế tạo và bảo dưỡng các loại máy móc và hệ thống cơ khí. Nó là một lĩnh vực kỹ thuật liên quan đến thiết kế, chế tạo và vận hành máy móc. Kỹ thuật cơ khí là ngành lâu đời nhất, rộng lớn nhất của kỹ thuật.

Lĩnh vực kĩ thuật cơ khí cần sự am hiểu về các lĩnh vực cốt lõi bao gồm cơ học, động lực học, nhiệt động lực học, khoa học vật liệu, phân tích cấu trúc và năng lượng. Ngoài những lĩnh vực cốt lõi trên, kĩ thuật cơ khí còn sử dụng các công cụ như thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD), và quản lí vòng đời sản phẩm để thiết kế và phân tích nhà máy sản xuất, thiết bị công nghiệp và máy móc, hệ thống nhiệt và làm lạnh, hệ thống giao thông, máy bay, tàu thủy, robot, thiết bị y học, vũ khí và những cái khác.

Kĩ thuật cơ khí nổi lên sau cuộc cách mạng công nghiệp ở châu Âu ở thế kỉ 18; tuy nhiên, sự phát triển của nó đã bắt đầu từ vài ngàn năm trước khắp thế giới. Những tiến bộ trong lĩnh vực vật lí trong thế kỉ 19 kéo theo sự sự phát triển của khoa học kĩ thuật cơ khí. Lĩnh vực này vẫn đang nỗ lực để kết hợp các tiến bộ; ngày nay, kĩ thuật cơ khí theo đuổi các tiến bộ trong các lĩnh vực như composite, cơ điện tử và công nghệ nano. Nó cũng bao gồm kĩ thuật hàng không vũ trụ, kĩ thuật luyện kim, kĩ thuật xây dựng, kĩ thuật điện, kĩ thuật chế tạo, kĩ thuật hóa học, kĩ thuật công nghiệp và các lĩnh vực kĩ thuật khác với những mức độ khác nhau. Nó cũng làm việc trong các lĩnh vực kĩ thuật y sinh, đặc biệt là cơ y sinh, hiện tượng giao thông, cơ điện tử sinh học, công nghệ nano sinh học và mô hình hệ thống sinh học.

Công nghệ cơ khí thường tạo ra các giả lập mô phỏng hoạt động của các đối tượng, như quy trình chế tạo thực tế theo trình tự tối ưu hóa sự thực hiện, hiệu quả kinh tế và chi phí năng lượng trước khi quyết định lựa chọn một thiết kế cụ thể.

Các bản vẽ kỹ thuật để chế tạo là sản phẩm cuối cùng của khâu thiết kế. Chúng phải thỏa mãn hai mục đích: bao gồm đầy đủ tất cả các thông tin cần thiết để chế tạo và cũng còn là một tiêu chí kiểm soát kỹ thuật đối với các mức độ sửa chữa. Trước cuối thế kỷ 20, rất nhiều bản vẽ kỹ thuật được thực hiện bằng tay với sự trợ giúp của bảng vẽ cơ khí. Sự ra đời của máy tính với giao diện người dùng đồ họa đã có thể giúp thực hiện được việc tạo ra các mô hình và các bản vẽ bằng các chương trình máy tính trợ giúp thiết kế (CAD).

Nhiều chương trình CAD hiện nay cho phép tạo ra các mô hình ba chiều để có thể nhìn từ mọi góc độ. Các chương trình CAD mô hình hóa vật thể đặc tiên tiến là một hệ thống thiết kế hiện thực ảo. Những mô hình đặc như vậy có thể được dùng làm cơ sở cho các phân tích phần tử hữu hạn (FEA) và/hoặc tính toán động lực dòng chảy (CFD) của thiết kế. Cho đến ứng dụng gia công với trợ giúp máy tính (CAM), những mô hình này cũng có thể được dùng trực tiếp bằng phần mềm để tạo ‘lệnh” cho việc chế tạo ra các đối tượng được mô tả bởi các mô hình đó, thông qua các máy điều khiển số hóa bằng máy tính (CNC) hoặc các tiến trình tự động hóa mà không cần đến các bản vẽ trung gian.

Các chuyên ngành cơ bản của cơ khí bao gồm: động học, tĩnh học, sức bền vật liệu, truyền nhiệt, động lực dòng chảy, cơ học vật rắn, điều khiển học, khí động học, thủy lực, chuyển động học và các ứng dụng nhiệt động lực học. Các kỹ sư cơ khí cũng đòi hỏi phải có kiến thức và năng lực áp dụng những khái niệm trong môi trường kỹ thuật điện và hóa học. Với một mức độ nhỏ, cơ khí còn trở thành kỹ thuật phân tử – một mục tiêu viễn cảnh của nó là tạo ra một tập hợp phân tử để xây dựng được những phân tử và vật liệu bằng con đường tổng hợp cơ học.