Tekninen tutkimus ja kehitys, joka tunnetaan myös nimellä T & K, on järjestelmällinen prosessi uusien tekniikoiden oppimiseen ja rakentamiseen tuotteen suunnittelua varten. Tieteellisen tutkimuksen sijaan insinööritutkimuksessa ei ole kyse maailman toimivuuden selvittämisestä vaan pikemminkin siitä, miten asiat saadaan toimimaan tiettyä tarkoitusta varten. Tällainen tutkimus voi kuitenkin sisältää paljon tieteellistä tutkimusta, kun insinöörit luovat suunnitteluratkaisuja todellisiin ongelmiin. Insinööritutkimuksen ja -kehityksen kehitysosalla tarkoitetaan yritystä rakentaa lopullinen tuote. Suunnittelun onnistuminen voi vaatia monia kehitysvaiheita, joista jokaisella on erilainen valmiusaste.
Ensimmäinen askel ratkaisun luomisessa tietylle insinööritutkimuksen ja -kehityksen ongelmalle on oppia itse ongelma ja miten ratkaisun on toimittava. Jos vastaavia tuotteita ei ole, tämä vaihe voi vaatia paljon tutkimusta fysiikan, kuten fysiikan tai biologian, parissa. Esimerkiksi uudella nanotekniikan alalla ei ollut nanomittakaavan tuotteita, joiden pohjalta suunnittelu voitaisiin perustaa; insinöörien oli tarkasteltava fysiikkaa saadakseen käsityksen mahdollisista tuotteista.
Toisaalta, jos maailmassa on olemassa olemassa olevia tuotteita, jotka liittyvät läheisesti suunniteltuun tuotteeseen, insinöörit luultavasti keskittyvät tutkimaan itse nykyistä tekniikkaa eikä perustutkimusta. Suunniteltaessa moottoria tulevaa automallia varten insinöörit hyötyisivät todennäköisesti enemmän siitä, että he tutkisivat itse aikaisempia auton moottoreita, eivät esimerkiksi teoreettista termodynamiikkaa. Polttomoottorit ovat olleet laajalti käytössä yli vuosisadan ajan, ja erilaisia kokoonpanoja on jo suunniteltu, käytetty ja arvioitu vahvuuksiltaan ja heikkouksiltaan – ei ole järkevää luoda uudelleen sitä, mikä on jo suunniteltu.
Tuotteen kehittäminen insinööritutkimuksessa ja -kehityksessä on yleensä iteratiivinen prosessi. Toisin sanoen on mahdotonta tietää tarkasti, kuinka hyvin tuote toimii, vaikka yksityiskohtainen suunnittelusuunnitelma laaditaan. Jopa hyvin suunnitellut tuotteet eivät ole täydellisiä ja niillä on heikkoja kohtia. Siksi on erittäin hyödyllistä kehittää prototyyppejä tai toimintamalleja ideoiden testaamiseksi. Näitä malleja ei ole tarkoitettu myytäväksi asiakkaalle tai massatuotantona lopputuotteena. Niiden tarkoituksena on pikemminkin antaa insinööreille parempi käsitys siitä, mitkä mallin osat tarvitsevat parannusta ja mitkä näyttävät toimivan hyvin.
Prototyypin järjestelmällisen testauksen jälkeen insinöörit yrittävät suunnitella tuotteen uudelleen testin aikana kerättyjen tietojen perusteella. He saattavat säätää laskelmiaan ja muokata hiukan niiden suunnittelun heikompia osia. Ei ole sääntöä, kuinka monta prototyyppiä on kehitettävä ennen kuin lopullinen tuote on valmis; määrä riippuu tekijöistä, kuten kuinka uusi tekniikka on ja aiheuttaako tuote turvallisuus- tai ympäristöriskin käytettäessä.