Materiaalitieteen insinöörin ensisijainen rooli on hyödyntää fysiikan, kemian ja kristallografian kaltaisilla aloilla hankittua tietoa ja soveltaa sitä käytännön sovelluksiin, kuten koneiden, rakennusten tai uusien aineiden rakentamiseen. Materiaalitieteen tekniikan ala on laaja, monialainen ala, joka palvelee monia toimintoja modernissa teollistuneessa maailmassa. Materiaalitutkijat voivat itse keskittyä vain aineen ominaisuuksien teoreettiseen luonteeseen. Heidän tehtävänään on löytää nämä ominaisuudet ja miten niiden fyysinen vuorovaikutus muuttuu paikallisten olosuhteiden mukaan. Insinöörit keskittyvät kuitenkin siihen, mitä voidaan tehdä tieteen vahvistaman materiaalitiedon avulla.
Materiaalitieteen insinööri työskentelee projekteissa, joihin liittyy monia fysiikan ja joitain biotieteitä. Hänen koulutuksensa on siis sisällettävä monenlaisia tieteenaloja. Ei ole harvinaista löytää alan tutkijoita, joilla on useita tutkintoja, usein fysiikasta tai kemiasta ja jonkinlaisesta tekniikasta, joilla on kokemusta myös genetiikasta tai mikrobiologiasta. Ensisijaiset teollisuudenalat, joilla on edelleen vahva kysyntä materiaalitieteen insinöörille, ovat lääketieteen; avaruus-, sotilas- ja energiasovellukset; ja mikroprosessorisuunnittelu. Tämä voi tarkoittaa, että materiaalitieteen insinööri työskentelee sellaisilla eri aloilla kuin öljyn etsintä, syövän hoito, siltarakentaminen tai lentokoneiden suunnittelu.
Materiaalitieteen insinöörille on tarjolla laaja valikoima mahdollisuuksia. Alalla keskityttiin perinteisesti metallurgian, keramiikan ja polymeerien tutkimuksen materiaalitiedon soveltamiseen perinteisiin rakennusmenetelmiin. Materiaalitutkimusta yhdistetään nyt tekniikan kehitykseen ennenkuulumattomilla tavoilla. Materiaalitieteen insinööri voi työskennellä yhdessä farmakologisen yrityksen kanssa kehittääkseen kohdennettuja lääkkeiden annostelulaitteita kasvainsoluille, sotilasjärjestön kanssa kehittämään itsestään parantavia panssaroita tai vaatteiden valmistajan kanssa kehittämään tahroja läpäisemättömän materiaalin. Kaikki nämä sovellukset ovat mahdollistaneet materiaalitieteen insinöörit, ja monia muita todennäköisesti kehitetään.
Yksi materiaalitieteen insinöörin merkittävistä aloista on nanoteknologian tutkimus ja kehittäminen. Nanoteknologia on myös monialainen ala, joka koskee materiaalien ja koneiden suunnittelua vähintään yhden ulottuvuuden, kuten leveyden tai pituuden, mittakaavassa, joka on enintään 100 nanometriä. Nanometri on metrin miljardisosa. Nanoteknologiaan liittyvän koon havainnollistamiseksi keskimääräinen ihmisen punasolu on yleensä halkaisijaltaan noin 100 nanometriä.