本学科是以理论力学、材料力学、工程热力学、流体力学、传热学、传质学、燃烧学、化学反应原理及其热力学和动力学、多相流动力学、多相流热物理学、能源环境化学、材料物理与材料化学、光化学、电化学等为基础，以热能工程、动力机械及工程、流体机械及工程、制冷及低温工程、过程装备与控制、节能与环保、可再生与新能源开发与利用等为重点研究方向，涉及数学、物理、化学、力学、材料、能源资源、航空、机械、化工、仪器仪表、计算机与控制等多学科多领域，具有学科交叉集成度高，理论与工程实践结合紧密等重要特征。本学科包含有热能工程、工程热物理、动力机械及工程、流体机械及工程、制冷及低温工程、化工过程机械、新能源科学与工程、能源环境工程等8个学科方向。它们之间相互渗透、相互交叉、相互依存、相互促进和推动，使本学科成为内容丰富、应用广泛、持续发展、不断更新的科学与应用技术体系。

本学科的理论和知识基础包括工程热力学、内流流体力学、两相与多相流动力学、传热传质学、多相流热物理学、化学反应原理及其热力学和动力学、燃烧学、多相流光热化学及光电化学、多相化学反应工程学、能源环境化学、材料物理与材料化学、热物性与热物理测试技术基础、热力系统动态特性学、生物流体力学热力学及传热学、火灾学等。

本学科的研究方法包括实验研究、理论研究、数值计算和数值模拟、仿真。