Seperti kebanyakan gelar lainnya, ada empat jenis utama gelar teknik mesin: associate, sarjana, master, dan doktor filsafat (PhD). Derajat terdaftar dalam urutan menaik sesuai dengan jumlah pendidikan yang diperlukan. Setiap gelar teknik mesin dibangun di atas kursus yang dipelajari dari gelar sebelumnya untuk membangun dasar pengetahuan yang kuat. Gelar associate membutuhkan waktu paling sedikit di sekolah, biasanya memakan waktu dua tahun.
Gelar Associate di bidang teknik mesin dapat diperoleh di program kejuruan, community college, atau institut teknis, meskipun keempat gelar teknik mesin dapat ditawarkan di satu universitas besar. Sering kali, seorang mahasiswa gelar associate akan membutuhkan pelatihan tambahan atau magang jika ia berencana untuk memasuki bidang yang sangat terspesialisasi, seperti desain alat dan cetakan. Dalam hal ini, pelatihan ekstra dapat memakan waktu dua hingga empat tahun lagi untuk diselesaikan.
Gelar associate di bidang teknik mesin sering mengarah ke karir sebagai teknisi teknik. Salah satu pekerjaan yang dilakukan teknisi teknik mesin adalah membantu insinyur mesin dalam memperbaiki, memodifikasi, dan menciptakan produk baru. Beberapa tugas selama hari kerja biasa mungkin termasuk menyiapkan dan menjalankan pengujian, menulis laporan, membuat gambar, dan menggunakan peralatan mesin.
Bachelor of Science di bidang teknik mesin biasanya diperoleh di universitas dan perguruan tinggi empat tahun. Beberapa prinsip yang akan dipelajari mahasiswa teknik mesin antara lain bagaimana menentukan kekuatan dan perilaku material, bagaimana fluida dan panas mengalir, dan dasar-dasar desain mesin. Teknik mesin adalah disiplin teknik yang beragam; siswa dapat belajar sirkuit dan kontrol seperti insinyur listrik, manajemen seperti insinyur industri, dan pemrograman seperti insinyur komputer.
Setelah seorang insinyur mesin memiliki gelar sarjana, ia dapat memilih untuk melanjutkan ke sekolah pascasarjana, biasanya untuk satu atau dua tahun lagi, untuk mendapatkan gelar master. Dia biasanya mengambil mata pelajaran teknik, seperti dinamika fluida atau perpindahan panas, untuk dipelajari lebih dalam. Sering kali, seorang mahasiswa master teknik mesin akan membantu profesor dalam penelitian mereka atau mengajar mahasiswa teknik sarjana. Berbekal gelar master, seorang insinyur mesin akan memiliki lebih banyak peluang kerja yang tersedia baginya, terutama di industri kedirgantaraan.
Gelar PhD atau doktoral umumnya membutuhkan waktu tiga tahun atau lebih untuk menyelesaikannya. Sebagian besar waktu, itu adalah gelar teknik mesin tertinggi yang ditawarkan oleh universitas. Hal ini membutuhkan seorang insinyur mesin untuk mengembangkan penelitian aslinya sendiri dan mempresentasikannya kepada rekan-rekannya di dunia akademis dalam bentuk disertasi atau tesis. Kandidat PhD umumnya akan bekerja di bawah pengawasan seorang penasihat.
Biasanya, masuk ke program PhD lebih berat daripada gelar teknik mesin lainnya, membutuhkan nilai tinggi, surat rekomendasi, dan kursus yang relevan. Jenis pendanaan untuk mahasiswa doktoral antara lain adalah beasiswa dan hibah dari berbagai instansi swasta atau publik. Setelah menyelesaikan program PhD, seorang doktor teknik mesin biasanya akan memilih karir sebagai profesor atau ilmuwan.