Gdy przyjrzymy się bliżej historii nauki, to zauważymy, że na początku wszelka nauka była skupiona w jedną całość i nie istniały jakieś określone dziedziny. Dopiero z biegiem czasu ogólnie pojmowana nauka wykształciła swoje gałęzie, które to stały się dziedzinami tej nauki, takimi jak fizyka, biologia, czy chemia. Z kolei te gałęzie w miarę postępu czasu i coraz lepszego poznawania otaczającego nas świata wykształciły swoje gałęzie, przez co dane dziedziny nauki zostały podzielone na tzw. specjalizacje. Taka tendencja do różnicowania nauki utrzymywała się do połowy XX wieku. Jednak ostatnimi czasy można było zauważyć coś zupełnie odwrotnego, uczeni zaczęli coraz silniej poszukiwać związków pomiędzy dziedzinami i specjalizacjami. Przy tym bardzo często tak się działo, że teren dotąd bliżej nieokreślony okazywał się bardzo bogaty pod względem naukowym. Doskonałym tutaj przykładem może być, nauka o materiałach, czy inżynieria materiałowa, które wykorzystują dokonania fizyków i chemików. Korzenie inżynierii materiałowej sięgają aż do metalurgii, czy inżynierii chemicznej, jednak dziedzina ta obejmuje zakresem wszystkie dzisiaj wytwarzane materiały, a dokładne poznanie właściwości tych materiałów zapewnia ciągły postęp naszej cywilizacji. Naukowcy badający materiały koncentrują się głównie na tych obszarach, w których o dalszym postępie decydują właściwości użytych materiałów. Aby np. stworzyć coraz bezpieczniejsze samochody, należy poznać nowe materiały, które będą charakteryzować się zwiększoną wytrzymałością, bądź też innymi lepszymi parametrami. Bardzo ciekawym dziś obszarem badawczym jest nanotechnologia, która wydaje się, że ma ogromną przyszłość przed sobą. Z nią bowiem wiązane są największe nadzieje na przełamanie barier postępu, które wynikają z ograniczeń zwykłych materiałów.
Często zdarza się, że nowo odkryte materiały mają ogromny wpływ na rozwój naszej cywilizacji, a także na wygląd całego otaczającego nas świata. Patrząc wstecz, można powiedzieć, że przełomowymi wydarzeniami w rozwoju cywilizacji ludzkiej było stworzenie narzędzi w oparciu o żelazo, bowiem wpłynęło to na stworzenie takich rzeczy jak podkowy, co z kolei przyczyniło się do rozwoju transportu i handlu. W dalszym czasie, gdy żelazo zastąpiono stalą, możliwe stało się wytwarzanie bardziej wytrzymałych narzędzi, oraz urządzeń. To dzięki stali w ogromnym stopniu rozwinął się transport lądowy, morski i lotniczy. W przypadku transportu lotniczego ogromne znaczenie dla jego rozwoju miało wprowadzenie stali chromowanej, czy aluminium do produkcji części.
Innym przełomowym krokiem w dziejach ludzkości, który wynikał z wykorzystania nowego typu materiałów, było zastosowanie półprzewodników, z których stworzono tranzystory. Stały się one podstawą rozwoju telekomunikacji i przekazu informacji. Dalszy postęp w tej dziedzinie, pozwolił na stworzenie kolejnego genialnego wynalazku - komputerów.
Bardzo ważnym aspektem oprócz wytwarzania materiałów o określonych właściwościach jest prowadzenie badań nad nowymi technologiami, które pozwolą na większe oszczędności w zakresie pracy i energii. Ważnym aspektem w tej kwestii na który także zwraca się uwagę, jest to czy materiały te da się ponownie łatwo wykorzystać, tak aby w jak najmniejszym stopniu zanieczyszczały one środowisko naturalne. Może nie zdajemy sobie z tego sprawy, ale obecnie ogromny nacisk kładzie się na poznawania właściwości i metod wytwarzania materiałów. Dowodem tego faktu, może być to, że wiek XXI ogłoszono wiekiem materiałów.
Materiały można podzielić w tradycyjny sposób na materiały pochodzenia naturalnego i te sztucznie wytworzone przez człowieka. Innym rodzajem podziału, jest podział materiałów ze względu na to w jaki sposób są one wykorzystywane. Pod tym względem materiały dzieli się na inżynierskie i funkcjonalne. Do materiałów inżynierskich głównie zalicza się materiały konstrukcyjne, i inne, które w czasie ich użytkowania muszą zachować swoją pierwotną postać, a także charakteryzować się wysoką wytrzymałością i trwałością. Dlatego też wymaga się od nich bardzo wiele, aby były odporne pod względem termicznym, nie ulegały korozji i posiadały także odpowiednie właściwości elektryczne, magnetyczne, optyczne, czy też inne.
Jeśli natomiast chodzi o materiały funkcjonalne, to znajdują one zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagane są od nich specjalne właściwości reologiczne, optyczne, elektryczne, biologiczne, fizyczne, chemiczne, czy też zupełnie innego rodzaju. To właśnie ta grupa materiałów decyduje w głównym stopniu o dzisiejszym rozwoju elektroniki, optoelektroniki, informatyki, czy telekomunikacji, a te dziedziny z kolei powodują rozwój innych gałęzi gospodarki. Bardzo często jest tak, że materiały konstrukcyjne są także materiałami funkcjonalnymi.
Materiały można także podzielić jeszcze w inny sposób, a mianowicie na metale, materiały ceramiczne, polimery, kompozyty, izolatory, jednakże granice pomiędzy nimi nie są ostre i zdarza się że dany materiał może przy tym podziale należeć do kilku kategorii.
Najbardziej wdzięcznymi materiałami inżynierskimi są metale. Charakteryzują się one bowiem dobrą kowalnością, ciągliwością, dużą wytrzymałością mechaniczną, dobrą przewodnością cieplną i elektryczną, a także tym, że stosunkowo łatwo można je obrabiać. Co więcej niektóre z nich są ferromagnetykami. Z kolei tzw. szkła metaliczne są bardzo odporne na działanie korozji, są twarde, przez co charakteryzują się wysoka wytrzymałością i sprężystością. Ten rodzaj materiałów wykorzystywany jest do produkcji rdzeni głowic magnetycznych, rdzeni niektórych transformatorów, czy do budowy przetworników. Dla przykładu łopatki turbin gazowych odznaczają się zwiększoną wytrzymałością w kierunku ich orientacji, a także zwiększoną wytrzymałością na wysokie temperatury. Stopy które charakteryzują się pamięcią kształtu, stosowane są w czujnikach temperatury, czy układach regulujących. Natomiast stopy niklu z tytanem stosowane są jako biomateriały, czyli np. swoistego rodzaju płytki i klamry wstawiane w miejsca złamań. Ostatnio bardzo ważną technologią staje się możliwość spiekania proszków metali. Dotychczas opracowano wiele technik otrzymywania proszków, także ich prasowania, spiekania, oraz wykańczania gotowych wyrobów. To właśnie współcześnie wytwarzane koła zębate, łożyska, filtry, styki, przewody, czy inne elementy produkowane są z takich proszków metali.
Przyjrzyjmy się teraz bliżej materiałom ceramicznym. Otóż terminem ceramika określa się zasadniczo te materiały które uzyskuje się w procesie spalania substancji mineralnych, w czasie którego zachodzą reakcje chemiczne, których przebiegu nie można już odwrócić. Materiały ceramiczne, to materiały, które były wykorzystywane przez człowieka już w czasach bardzo dawnych. Przez wieki, od momentu odkrycia ceramiki, zakres jej stosowalności coraz bardziej się rozszerzał. Sprzyjały temu takie cechy materiałów ceramicznych, jak wysoka odporność temperaturowa, czy chemiczna, specyficzne właściwości elektryczne, oraz duża wytrzymałość i trwałość. Ważnym tutaj aspektem jest niska cena wytwarzania tych materiałów, oraz ich dostępność. Materiały ceramiczne wykorzystywane są obecnie zarówno jako materiały inżynierskie jak i materiały funkcjonalne. Stosuje się je także w mikroelektronice, gdzie odgrywają znaczącą rolę. Co ciekawe ok. 80% wszystkich produkowanych materiałów ceramicznych, to materiały wykorzystywane w mikroelektronice. Bardzo szeroko wykorzystywane są materiały ceramiczne, półprzewodnikowe. Wytwarza się z nich diody, fotodiody, lasery, tranzystory, a nawet baterie słoneczne.
Jednak to nie koniec zastosowań materiałów ceramicznych. Można je wykorzystywać także jako wypełniacze. Mają wówczas one postać specjalnego proszku ceramicznego ( jest to najczęściej krzemionka, węglan wapnia, sadza, czy grafit), który dodaje się w dużych ilościach do elastomerów. Ma to głównie na celu obniżenie kosztów, produkcji wyrobów, ale także nadanie im specjalnych właściwości.
Do materiałów ceramicznych zalicza się także takie materiały jak węgiel, które to odgrywają znaczącą rolę. Węgiel bowiem charakteryzuje się bardzo dużą odpornością termiczną i chemiczną. Jak już wspomniano, sadza, czy grafit stosowane są jako wypełniacze w elastomerach. Co więcej węgiel aktywny doskonale sprawdza się jako adsorbent, a natomiast grafit może spełniać rolę smaru pod postacią ciała stałego. Oprócz tego grafit charakteryzuje się dużą odpornością chemiczną i termiczną i co więcej, doskonale przewodzi prąd elektryczny.
Z kolei odmianą węgla jest także diament, który oprócz tego, że stanowi najpiękniejszy i najdroższy element biżuterii, to także odznacza się niespotykaną wytrzymałością. Dlatego też oprócz tego, że z diamentów produkuje się biżuterie to także wykorzystuje się je w technice, wszędzie tam gdzie wymagana jest wysoka wytrzymałość narzędzi. W elementy zaopatrzone w diamenty, wyposaża się urządzenia tnące, skrawające, szlifujące, czy wiercące, oraz także jako środek zabezpieczający implanty.
Ciekawostką dotyczącą materiałów ceramicznych jest to, że ostatnio okazało się nawet, że pewne spieki ceramiczne mogą wykazywać zdolności do nadprzewodzenia i to w stosunkowo wysokich temperaturach. Także materiały ceramiczne nadal stanowią bardzo ciekawy i ważny rodzaj materiałów.
Zwróćmy teraz na chwilę naszą uwagę na tworzywa sztuczne. Otóż w dzisiejszym świecie tworzywa sztuczne towarzyszą człowiekowi na każdym kroku. Tysiące przedmiotów w dniu dzisiejszym jest wykonywanych z tworzyw sztucznych. Niektóre ich nazwy weszły już nawet do języka potocznego, min. guma, nylon, teflon, czy PCV. Do ich rozwoju i rozpowszechnienia przyczynił się szybki postęp gospodarczy krajów uprzemysłowionych, w wyniku czego współczesny człowiek praktycznie nie może się już bez nich obejść. Ich charakterystyczne właściwości, umożliwiają ich stosowanie w najróżniejszych urządzeniach, w pralkach, kuchenkach, samochodach, meblach, odzieży, itp. Jednak jest też druga strona medalu. Otóż tworzywa sztuczne po ukształtowaniu i wykorzystaniu w określonym celu, ciężko jest wykorzystać je ponownie, a przynajmniej jest to mało opłacalne. Dlatego też tworzywa sztuczne to obecnie najpopularniejszy rodzaj śmieci na naszej planecie. A z kolei ich powszechne wykorzystanie sprawia, że zalegają w olbrzymich ilościach na różnego rodzaju składowiskach śmieci.
Z kolei kompozyty to materiały w których główny materiał z jakiego są stworzone (czy to metal, ceramika, czy polimer) jest wzmocniony poprzez dodatek proszku, włókna, lub warstwy pośredniej. Wiele materiałów odznacza się budową kompozytową, a co ciekawe także materiały naturalne, takie jak kość, czy drewno też są kompozytami. Ich główną cechą jest to, że posiadają bardzo korzystne właściwości mechaniczne, w przypadku kierunku wzdłuż ułożenia włókien. Lekkie kompozyty w których osnowę stanowi polimer wykorzystuje się na szeroką skalę w lotnictwie, a także przy budowie okrętów, oraz w konstrukcji sprzętu sportowego ( żeglarstwo, kolarstwo, narciarstwo), czyli wszędzie tam, gdzie wymagane jest aby materiał był lekki i wytrzymały. W przypadku tworzenia konstrukcji, które mają się odznaczać odpornością na wysokie temperatury stosuje się kompozyty w których osnowę stanowi metal, lub materiał ceramiczny. Te pierwsze wykorzystywane są głównie w przemyśle lotniczym i zbrojeniowym ( to min. z nich wytwarza się elementy do pocisków rakietowych), a natomiast drugi rodzaj materiałów stosuje się przy wytwarzaniu betonu, żelbetonu. Stosuje się je bardzo często w budownictwie ze względu na ich bardzo korzystne właściwości odpornościowe.
Kompozyty obecnie wykorzystywane są w wielu gałęziach przemysłu i ich zastosowania obejmują przeróżne dziedziny. Także w przyszłości przewiduje się, że kompozyty będą coraz częściej i powszechniej stosowane.
Jeśli chodzi o półprzewodniki, to zaczęto je wykorzystywać w elektronice ok. 50 lat temu, kiedy to wynaleziono tranzystor. Jednak do prawdziwej miniaturyzacji w elektronice doszło dopiero po skonstruowaniu pierwszych układów scalonych, czyli zbudowania układu złożonego z wielu elementów elektronicznych współdziałających ze sobą, a połączonych i zgrupowanych na jednej krzemowej płytce. Obecnie układy te produkuje się na szeroką skalę, stosując technologię tzw. fotoliografii. Jak do tej pory postęp w tej dziedzinie odbywał się za pomocą tworzenia coraz to mniejszych elementów elektronicznych i ścieżek je łączących. Jednak w chwili obecnej coraz wyraźniej widać granicę tej miniaturyzacji, obecna technologia po prostu już nie pozwala na stworzenie mniejszych elementów. Dlatego też z ogromną nadzieją spogląda się na rozwój nanotechnologii.
