Peran utama seorang insinyur ilmu material adalah untuk mengambil pengetahuan yang diperoleh di bidang-bidang seperti fisika, kimia dan kristalografi dan menerapkan pengetahuan itu untuk aplikasi praktis seperti konstruksi mesin, bangunan atau bentuk materi baru. Bidang teknik ilmu material adalah bidang lintas disiplin yang luas yang melayani banyak fungsi di dunia industri modern. Ilmuwan material sendiri mungkin hanya berfokus pada sifat teoretis dari sifat-sifat materi. Adalah peran mereka untuk menemukan sifat-sifat ini dan bagaimana interaksi fisik mereka berubah tergantung pada kondisi lokal. Insinyur, bagaimanapun, fokus pada apa yang bisa dilakukan dengan tubuh pengetahuan material yang telah ditetapkan oleh sains.
Seorang insinyur ilmu material bekerja pada proyek-proyek yang melibatkan banyak ilmu fisika serta beberapa ilmu kehidupan. Oleh karena itu, pendidikannya harus mencakup berbagai disiplin ilmu. Tidak jarang menemukan peneliti di bidang yang memiliki gelar ganda, sering kali dalam fisika atau kimia dan beberapa bentuk teknik, dengan keahlian dalam genetika atau mikrobiologi juga. Industri utama yang akan terus memiliki permintaan kuat untuk insinyur ilmu material adalah industri kedokteran; aplikasi luar angkasa, militer dan energi; dan rekayasa mikroprosesor. Ini bisa berarti bahwa seorang insinyur ilmu material akan bekerja di berbagai bidang seperti eksplorasi minyak, pengobatan kanker, konstruksi jembatan atau desain pesawat, untuk beberapa nama.
Ada berbagai peluang terbuka untuk insinyur ilmu material. Bidang ini secara tradisional berfokus pada penerapan pengetahuan material dari studi metalurgi, keramik, dan polimer ke metode konstruksi tradisional. Penelitian material sekarang digabungkan dengan kemajuan teknik dengan cara yang sebelumnya tidak pernah terdengar. Seorang insinyur ilmu material mungkin bekerja dengan perusahaan farmakologis untuk mengembangkan perangkat pengiriman obat yang ditargetkan untuk sel tumor, dengan organisasi militer untuk mengembangkan pelindung penyembuhan diri atau dengan produsen pakaian untuk mengembangkan bahan yang tahan terhadap noda. Semua aplikasi ini telah dimungkinkan oleh para insinyur ilmu material, dan banyak lagi yang kemungkinan akan dikembangkan.
Salah satu bidang yang menonjol bagi seorang insinyur ilmu material adalah dalam penelitian dan pengembangan nanoteknologi. Nanoteknologi juga merupakan bidang lintas disiplin, berkaitan dengan rekayasa bahan dan mesin pada skala – setidaknya satu dimensi, seperti lebar atau panjang – 100 nanometer atau kurang. Satu nanometer adalah sepersejuta meter panjangnya. Untuk menggambarkan ukuran yang terlibat dalam nanoteknologi, rata-rata sel darah merah manusia umumnya berdiameter sekitar 100 nanometer.