北航材料科学与工程学院的主要研究方向包括：

纳米材料与技术 ：研究纳米尺度下的材料性质和应用。

计算材料学 ：利用计算模拟方法研究材料科学问题。

无机非金属材料 ：研究无机非金属材料的性质和应用。

能源材料 ：研究用于能源领域的材料。

功能材料 ：研究具有特定功能的新材料。

材料基因组工程 ：研究材料基因组的方法和应用。

高性能金属材料 ：研究高性能金属材料的制备和应用。

复合材料 ：研究复合材料的制备、结构和性能。

生物医用材料 ：研究用于生物医学领域的材料。

非晶和高熵合金 ：研究非晶和高熵合金的性质和应用。

低维电/磁功能材料 ：研究低维电/磁材料的性质和应用。

高分子设计合成与表征 ：研究高分子材料的合成、表征和应用。

功能高分子 ：研究具有特定功能的高分子材料。

结构/功能一体化复合材料 ：研究结构和功能一体化的复合材料。

先进材料激光辅助合成 ：研究利用激光辅助合成先进材料。

激光表面改性与激光加工 ：研究激光表面改性和激光加工技术。

高性能金属零件激光直接成型快速制造 ：研究高性能金属零件的激光直接成型快速制造技术。

凝固理论与特种铸造合金新材料 ：研究凝固理论和特种铸造合金新材料。

材料加工过程计算机控制与仿真 ：研究材料加工过程的计算机控制与仿真技术。

材料加工过程自动化控制 ：研究材料加工过程的自动化控制技术。

热障涂层材料与技术 ：研究热障涂层材料的制备和应用技术。

高温及超高温金属结构材料 ：研究高温及超高温金属结构材料的性质和应用。

薄膜与低维材料技术 ：研究薄膜与低维材料的制备和应用技术。

这些研究方向涵盖了材料科学的多个重要领域，旨在培养材料科学领域从事科学研究、工程技术开发应用以及经营管理等工作的高级技术人才。