材料的制备技术和相关理论是工业生产和科学研究中的一个十分重要的领域，材料的合成是指通过一定的途径，从气态、液态或固态的各种不同原材料中得到化学上不同于原材料的新材料。材料的加工则是指通过一定的工艺手段使新材料在物理上处于和原材料不同的状态。
　　金属材料的制备主要是指从矿石中提取有用金属的过程,主要有火法冶金和湿法冶金两大类。以钢铁材料为代表的黑色金属主要用火法冶金，有色金属种类多，冶炼方法各不相同。电冶金是指利用电能从矿石或其他原料中提取、回收、精练金属的冶金过程。包括电热熔炼和电解。轻金属、重金属、稀有金属按照金属各自的化学性质不同，分别用火法冶金，湿法冶金或熔盐电解等方法来提炼。贵金属的化学性质最稳定，除用一般冶金方法来提取外，有相当部分是从其他有色金属冶炼过程中获得的副产品。粉末冶金是一种主要以金属粉未或金属粉末与非金属粉末的混合物为基本原料，加入其他添加剂，混合后经成型和烧结以及其他后续处理工艺。其主要工艺过程包括制粉、成型和烧结。
　　传统上无机非金属材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料，其化学组成大多数属于硅酸盐类物质,其中以陶瓷材料历史最为悠久，这些材料的种类繁多,其制备原理不一，制备方法、制备特点各异。
　　虽然高分子材料的种类很多，原料来源也不同，但其生产过程却基本相同。高分子材料的制备包含三个层次:第一层次为聚合物合成:第二层次为聚合物粒料、粉料或块状料的制备;第三层次则是聚合物成型加工。高分子材料制品的生产分两个阶段，先由低分子材料(单体)合成为线形高分子树脂，再经过不同的成型方法得到塑料、橡胶、纤维等制品。树脂的合成又可分为加聚和缩聚两种反应机理。高分子材料的成型都是将树脂加热到粘流态，然后固化成型。
　　一般说复合材料的制造首先取决于基体的性质，采用与基体材料相应的成型加工方法，同时要兼顾增强体材料的分布、排列，以及在制备工艺条件下不同材料之间的物理和化学相容性，因此复合材料的制造过程要比单一材料制备过程复杂。复合材料的制造方法很多。除纤维等一些增强材料要预制外，许多复合材料的制各与制品的成型是同时完成的，复合材料的生产过程也就是复合材料制品的生产过程。在复合材料制品的成型过程中，增强材料的性状一般变化不大，但基体的性状却有较大改变。制品的成型工艺水平直接影响材料本身的性能。
　　合成纤维是现代复合材料中最常用的增强材料，包括玻璃纤维、碳纤维、晶须。
　　树脂基复合材料易于成型加工，制备方法多种多样，主要有手糊成型、喷射成型、模压成型和缠绕成型。
　　金属基和陶瓷基复合材料的成型困难得多，相应成本也高。金属基复合材料的制备方法有固态法和液态法。陶瓷基复合材料的制备方法有粉末冶金法、浆科浸渍法和熔体浸透法。
　　共晶复合材料是指基体材料成分为共晶或接近共晶成分，增强相以共晶形式从基体中凝固析出而形成的复合材料。定向凝固共晶复合材料的制备方法主要有精密铸造法、连续浇注法、区域熔炼法等。
　　现代工程材料的特殊制备方法主要有单晶的制备、非晶的制备、自蔓延合成技术、纳米材料、梯度功能材料和低维材料的制备技术等。
　　纳米材料的性能是由所组成微粒的尺寸、相组成和界面这三个方面的相互作用所决定的。基本性能可归纳为表面效应、小尺寸效应和量子效应。其制备技术包括纳米材料的物理法制备（惰性气蒸发制备、球磨法制备、纳米晶体非晶晶化法制备、深度塑性变形法制备和物理气相沉积制备）和纳米材料的化学法制备（水溶液法制备、有机溶液法制备和化学气相法制备），使用化学气相沉积和电化学沉积方法能制备纳米薄膜。
　　梯度功能材料复合后的材料两侧基本保持了原材料各自的性质，以满足不同的要求，而内部没有界面。功能梯度材料的制备可采用化学气相沉积法、物理蒸镀法、等离子喷涂法、自蔓延高温合成法、粉末冶金法、化学气相渗透法等。
　　低维材料的制备技术包括固体薄膜制备技术、纤维材料制备技术和粉体材料制备技术。
　　材料强化基本原理是基于位错的存在导致材料的实际强度远低于理论强度的事实，讨论材料强化的基本机制,从而揭示提高材料强度的途径。实际生产中强化金属的主要手段是通过增大位错阻力起作用的，这些手段可以归纳为固溶强化、第二相强化、加工硬化、细化晶粒强化和钢的马氏体强化。工程上常用上述手段中的一种或多种来提高强度。
　　由于高分子聚合物内分子运动的多样性使得变形过程显得十分复杂，高分子材料强化原理和方法与金属材料有很大的不同。主要有增加链长、改变原子团在链中的位置、分叉和交联、结晶化、合金化(共聚与共混)和添加增塑剂、填料及各种纤维等。
　　材料韧化基本原理包括材料拉伸时的断裂行为（类型)分析、韧性断裂与脆性断裂的机理特征和影响材料脆性断裂的因素的研究。金属材料的韧化途径主要有细化晶粒、调整化学成分、形变热处理、低碳马氏体强化和金属热处理。
　　无机非金属材料增韧的途径主要有制造微晶高密度高纯度的陶瓷、消除表面缺陷、在陶瓷表面引入压应力、细化晶粒、复合增韧和相变增韧。
　　高分子材料轫化途径主要有添加增塑剂、调整分子结构及相对分子质量、采用多元嵌段和共混增韧。