בביו-הנדסה אנו משתמשים בעקרונות הנדסיים של תכנון ואנליזה עבור מערכות ביולוגיות וטכנולוגיות רפואיות. מחקר בביו-הנדסה כולל הנדסת מיקרו-אורגניזמים לייצור כימיקלים, תכנון וייצור תרופות ממוקדות מטרה, פיתוח מכשירים לזיהוי מוקדם של מחלות, וטכנולוגיות המתמשקות עם רקמות ואיברים חיים.
קיימות לרוב באה לידי ביטוי בשלושה ממדים: סביבה, כלכלה, וחברה. מחקר ופיתוח של נושאים הנוגעים לסביבה ולקיימות חותרים לקדם גישה למים נקיים ובטוחים לצרכי שתייה ולשימושים נוספים, כמו גם דרכים בטוחות, כלכליות, וברות קיימא להפקה, ייצור, ואגירת אנרגיה.
לשכבות פני שטח, כלומר השכבה הדקה של גבול החומר, המדיה, או הפאזה, יש אנרגיית עודף חופשית שונה המתבטאת בתכונות המיוחדות של השכבה. מחקר בתחום זה מתמקד במניפולציה של שכבות דקות או קולואידים למגוון אפליקציות הנדסיות.
מחקר ופיתוח של התקנים וחומרים מתקדמים מתמקד בחומרים וננו-חומרים חדשניים למגוון אפליקציות כגון התקנים אלקטרוניים ואופטו-אלקטרוניים, פולימרים, וייצור אנרגיה. פיתוח חומרים מתקדמים דורש גישה בין-תחומית, ומטרתו השגת התקנים ייחודיים לפתרון אתגרים בעולם האמיתי.
הנדסת תהליך היא ההבנה והאפליקציה של חוקי הטבע ועקרונות בסיסיים אשר מאפשרים שדרוג של חומרי גלם ואנרגיה לכדי תוצרים שימושיים. על ידי ניצול כוחות דוחפים טבעיים כגון טמפרטורה, לחץ, ומפל ריכוזים, כמו גם חוקי השימור של חומר ואנרגיה, הנדסת התהליך מסייעת בפיתוח שיטות לסינתזת והפרדת תוצרים מבוקשים.
