مهندسی پزشکی به دنبال ایجاد ارتباط منطقی بین علوم مهندسی و دانش پزشکی می‌باشد.
تا قبل از قرن بیستم میلادی تشخیص و درمان بیماری بر اساس بررسی حالات بیمار، مطالعه سندرمها و عارضه های مربوط و ارائه مجموع‌های از روشهای شناخته شده مبتنی بر تجویز دارو یا اعمال برخی عمل‌های جراحی صورت می‌گرفت. اما در اوایل قرن بیستم و در اوج آن در دهه‌های ۳۰ و ۴۰ مفهوم جدیدی در پزشکی مطرح گردید. بر این اساس، ساختار بدن انسان به مثابه یک نظام بسیار هماهنگ مهندسی فرض و بیماری به عنوان عامل بی‌نظمی در این ساختار مطرح گردید. به این ترتیب دانشی به عنوان مهندسی پزشکی بنیان‌گذاری شد که حوزه فعالیت آن مطالعه ساختار بدن انسان به صورت سیستمیک، کشف قوانین فیزیکی و معادلات ریاضی حاکم بر اجزاء سیستم، فهم اندرکنش بین آنها، مدلسازی این فرآیندها و بررسی تاثیر بیماری بر روی این ساختار منظم و به تبع آن ارائه روشهای تشخیصی و درمانی مفیدتر برای بهبود بیماریها بود.
در مهندسی پزشکی با تلفیقی از علوم مهندسی برطرف کردن نیازهای پزشکی در زمینه ساخت و نگهداری تجهیزات و نیز ساخت ابزارهای پزشکی برای کاربردهای پیشگیری، تشخیص و درمان بیماریها مد نظر می‌باشد.این رشته کاربرد علوم فنی و مهندسی است در یاری‌رساندن به پزشکان در تشخیص و درمان بیماریها.
مهندسی پزشکی یکی از تازه‌ترین رشته‌هایی است که قدم به عرصه دنیای تکنولوژی جهانی نهاده و این رشته بدین منظور شکل یافته تا پزشکان را در تشخیص و درمان یاری دهد. مهندسی پزشکی دقت و تنوع در تشخیص را گسترش داده است بطوری که تشخیص بدون دستگاهها امکان‌پذیر نیست. تاکنون دستگاه‌هایی از جمله EEG ,ECG ,MRI ,CT-Scan کمک بسیار بزرگی به پزشکی نموده‌اند و هم راستای وسایل تشخیصی وسایل و ملزومات درمانی گسترش یافته تا بیماران را به گونه‌ای تحت درمان قرار گیرند که می‌توان سمعک، ونتیلاتور، دیالیز، اولتراسوند و کاربردهای متعدد لیزر را نام برد. مهندس پزشکی در گام‌های اولیه بهره‌برداری، تعمیر، پشتیبانی و نگهداری و تنظیم و استانداردسازی دستگاهها را انجام می‌دهد و در مراحل بالاتر توسعه، ارتقا و بهبود دستگاه‌های پزشکی و یا حتی می‌تواند به طراحی و ساخت یک دستگاه اقدام کند. در این رشته به علت ابداعات و نوآوری وسیعی که صورت می‌گیرد شاخه‌های جدیدی از مهندسی پزشکی سازمان می‌گیرند که شرح مختصری از زیرشاخه‌های این رشته ذکر شده است.
گرایشها
ابزار دقیق بیومدیکال
بیومکانیک
بیومواد
مهندسی سلول، بافت و ژنتیک
تصویرگری پزشکی
مهندسی توانبخشی
مدل سازی سیستم‌های فیزیولوژیکی
طراحی اندام‌های مصنوعی و دستگاهها
گرایش ابزار دقیق بیومدیکال
کاربردی است از الکترونیک و تشخیص و برررسی ساختار بیماریها رایانه‌ها بخش اصلی این گرایش را بر عهده دارند سیستم‌های تصویر پزشکی به وسیله مهندسان این رشته ساخته می‌شوند.
گرایش بیومکانیک
بیومکانیک به استفاده از مکانیک کلاسیک در زمینه‌های مهندسی پزشکی و بررسی حرکت تغییرات مواد جریان‌های درون بدن و طرح آنها و انتقال مواد شیمیایی در محیط می‌پردازد. پیشرفت در این شاخه به ساخت قلب مصنوعی، دریچه‌های قلب، مفاصل مصنوعی درک بهتر از عملیات و کارکرد قلب، ریه، شریان‌ها، مویرگ‌ها، استخوانها، غضروف‌ها، تاندون‌ها، دیسکهای بین مهره‌ای و پیوندهای سیستم اسکلتی-عضلانی بدن شده است.
گرایش بیو مواد
کاربرد این شاخه استفاده از بافت‌های زنده و مواد مصنوعی و کاشت آنها در بدن است. انتخاب مواد صحیح برای کاشت و پیوند در بدن انسان و یکی از حساس‌ترین و مشکل‌ترین عملیات مهندسی پزشکی است. آلیاژهای فلزی، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها از مواد مورد استفاده در کاشت بافتها مصنوعی هستند، اینگونه مواد باید غیرسمی، غیرسرطان‌زا و از نظر شیمیایی غیرفعال و بادوام و دارای قدرت مکانیکی کافی باشند.
گرایش مهندسی سلول، بافت و ژنتیک
این گرایش بیشتر در زمینه‌ی پزشکی و در گستردهی میکروسکوپیک می‌پردازد. در این شاخه تخصص درآناتومی بیوشیمی و مکانیک سلول‌ها و ساختارهای درون سلولی برای درک بیشتر در فرایند بیماری توانایی داخل شدن به بخشهای ویژه سلول لازم است. هدف این شاخه که در اواخر قرن بیستم پایه‌گذاری شده است، مطالعه و تهیه مدل‌های ایده‌آل از ماکرومولکول‌ها و ساختار سلولی است که منجر به درک بهتر پدیده‌های درون یاخته‌ای و همچنین فهم عمیق‌تر مکانیسم تاثیر عملکرد ناصحیح آنها در بروز حالات بیماری میشود. به علاوه این مدل‌ها سبب ارزیابی موثرتر فرضیه‌ها و نظریه‌های درمانی مانند طراحی انواع پروتئینها با خصوصیات منحصر به فرد لیگاند-رسپتوری می‌گردد. از جمله اهداف دیگر این شاخه، مطالعه و مدلسازی ساختار سلول و فرایند بازیابی جراحات در بافت‌های آسیب‌دیده به منظور ارائه روشهای درمانی بهینه‌تر جهت تقلیل و رفع ضایعات بافتی و همچنین تولید نمونه‌های مصنوعی برای جایگزینی آنهاست. به این منظور علل و مکانیسم‌های تبدیل سلولهای بنیادی(Stem cells) به بافتها و ارگانهای مختلف بررسی و با استفاده از مدل‌های بدست آمده بافت‌های آسیب دیده ترمیم یا در خارج از بدن به صورت مصنوعی تولید میشود. از جمله این بافتها و ارگانها می‌توان به استخوان، غضروف، کبد، پانکراس، پوست و عروق خونی اشاره کرد.
گرایش تصویرگری پزشکی
در این رشته اطلاعات جمع‌آوری شده در تغییرات پدیده‌های فیزیکی در بدن را با بهره‌گیری از تکنولوژی تحلیل پردازش الکتریکی و سرعت بالای آن تجزیه و تحلیل می‌کنند و به صورت یک تصویر در می‌آورند و اغلب این تصاویر را می‌توان با اعمال غیر تهاجمی (بدون آسیب) بدست آورد به نحوی که هیچ اثر دردی برای بیمار نداشته باشد. در این گرایش تهیه تصویر از اجزاء ایستای بدن مانند استخوانها و بافتها و ادغام ویژگی‌های منحصر به فرد حالت‌های مختلف تصویربرداری مثل CT و MRI جهت تهیه تصاویر گویاتر مانند تصاویر سه‌بعدی و همچنین ارائه الگوریتم‌های پردازشی برای مدلسازی بافت‌های سالم و ضایعات آنها جهت ارائه روشهای تشخیصی دقیقتر و غیر تهاجمی مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین بررسی فیزیولوژی و حرکت بافت‌های دینامیک در بدن مانند قلب و عروق از طریق تصویربرداری عملکردی(Functional Imaging) و تکنیک‌های بلادرنگ (Real Time) و همچنین مدلسازی این رفتارها در بافت‌های سالم و ناسالم در جهت تشخیص بهتر ناهنجاریها و تصویربرداری مولکولی به منظور مطالعه موقعیت، ساختار و حرکت مولکول‌ها (مانند مولکول‌ها و سلولهای سرطانی) و توجیه این حرکات بر اساس الگوریتم‌های آماری و همچنین مطالعه و مدلسازی مکانیسم‌های مختلف حیات در سطح مولکولی به صورت غیرتهاجمی برای ارائه روشهای درمانی دقیقتر مثل طراحی آنتی‌بادیها و ردیابی آنها برای از بین بردن بهتر مولکول‌ها و سلولهای مهاجم و تقلیل آسیب به سلولهای سالم بدن مورد نظر است.
گرایش مهندسی توانبخشی
یک شاخه جدید و توسعه یافته مهندسی پزشکی است. متخصصان این رشته به بالا بردن توانایی‌ها وبهبود بخشیدن به کیفیت زندگی افراد کمک می‌کند و با توجه به پیشرفت تکنولوژی به طراحی مح های جدید و روشهای نوین برای سکونت ارتباط و ... کمک می‌نماید.
گرایش مدلسازی سیستم های فیزیولوژیکی
در این زمینه سعی میشود با استفاده از قوانین موجود در مهندسی و تکنیک‌های پیشرفته و ابزار لازم یک طرح کلی و جامع از ارگانهای زنده، از باکتری گرفته تا انسان، تهیه می‌کنند. در این رشته برای تحلیل اطلاعات حاصل از آزمایشها و فرمول‌بندی کردن جزئیات فیزیولوژیکی با روابط ریاضی، از مدلسازی کامپیوتری استفاده میشود. سیستم‌های زنده دارای یک مجموعه بسیار با قاعده به همراه بازخورد برای کنترل خود هستند.