在美国的机械工程专业中，能量类主要研究方向包括风能、水能的转换，以及相关设备和系统的设计制造。申请者需要有强大的物理学基础，尤其是流体力学、空气动力学和热力学背景。如果涉及到能源系统整体研究，则数学建模能力至关重要；而对于能量转换系统设备制造，则需要设计与制造背景。
摩擦作为一项研究领域，与热物理学紧密相连，并且与新型材料开发结合，对于某些材料的摩擦性能进行深入研究。申请者应具备良好的物理背景以及根据不同方向所需的热力学或材料科学相关背景。
燃烧作为另一个重要领域，涵盖燃烧过程及其推进技术，以及汽车工程中的内燃机燃烧研究等。同样，物理基础必不可少，而热力学则尤为关键。在设备方面，还需要机械设计与控制知识。
流体力的研究主要集中在航空航天领域和能源转换领域，如水电、风电等。理论研究侧重于物理、数学建模以及流体力学，而偏向设备研发则要求机械工程背景。
在材料类别中，纳米微米机械材料是通过纳米技术提供新的材料选择，同时也融合了高级材料科学。此类申请者需有强烈的材料科学背景，并具备固体力学、物质特性分析等知识。而聚合工程则通过分子聚合技术，为机械提供新型材料；此类申请者应有高分子材料基础并对材质力的理解也很重要。生物机械结合生物医学知识，对于神经工程等方向更是必要。
制造类别下，最显著的是计算机辅助设计，这涉及到产品实现、高级制造以及计算机语言编程。此类申请者应具有坚实的地理理论基础（即具体机构和整体生产过程），同时艺术功底（素描）及电脑绘图软件运用能力也是必须要有的。而计算机辅助制造则要求基本的机械原理、中间生产工艺与固态力量科目，以及计算语言编程能力加上电脑软件操作技能。
最后，在控制类别中，一般情况下最常见的是系统自动化控制，它包含了多种复杂结构，如旋转动态系统、二维飞行器模型、三维空间几何变换模型等。这类型的人员通常拥有数学建模能力，有过电子电路学习经验，加上鲁棒控制、大规模动态系统标识优化算法使用经验将会非常受欢迎。在此之外，还可能涉及MEMS微电子制备技巧处理细节以确保小尺寸结构加工精度，同时了解基本微观尺度行为规律亦不容忽视。
