該專業下設4個專業方向：熱能工程、熱力發動機、流體機械及工程、空調與制冷。
熱能工程專業方向：熱能工程是研究熱能的釋放、轉換、傳遞以及合理利用的學科，它廣泛應用於能源、動力、空間技術、化工、冶金、建築、環境保護等各個領域。培養從事熱能工程及工程熱物理方面的研究、設計、運行管理、產品開發的高級工程技術人員。本專業方向對應熱能工程學科，具有碩士、博士學位授予權。
熱力發動機專業方向：熱力發動機主要研究高速旋轉動力裝置，包括蒸汽輪機、燃氣輪機、渦噴與渦扇發動機、壓縮機及風機等的設計、制造、運行、故障監測與診斷以及自動控制。為航空、航天、能源、船舶、石油化工、冶金、鐵路及輕工等部門培養高級工程技術人才。本專業方向對應的動力機械及工程學科,具有碩士、博士學位授予權，該學科2000年被評為國家重點學科。
該專業畢業生主要去向包括：發電設備研制、設計及生產部門，大型電站，航空、航天發動機研究、生產部門，船舶發動機研究、生產部門，以及萬化系統動力設備研制、生產、運行部門等。
流體機械及流體動力工程專業方向：主要研究流體機械及其工作系統自動化，流體循環系統節能等，在水電水利、機械制造、交通運輸、石油化工、工程機械、食品紡織、航天航空、艦船武備乃至市政設施、工民建築等部門都有廣泛的應用。該專業方向包括流體機械及各類流體動力系統的設計、運行及其自動化管理、控制理論及工程應用等，培養從事葉片泵、水輪機、風機、液力、流體傳動及控制、湍流控制、微尺度通道流動、粘彈性非牛頓流體力學等方面的研究、設計、制造、運行及產品開發和科學研究的高級工程技術人才。本專業方向對應流體機械及工程學科，具有碩士學位授予權。
空調與制冷專業方向：主要研究制冷與低溫技術。它廣泛應用於能源、航天、航空、汽車、石油化工、食品與藥品的生產、醫療設備與空調制冷設備的生產等領域。本專業方向培養從事空調制冷工程與設備的設計、運行管理、產品開發和科學研究的高級工程技術人才。本專業方向對應制冷及低溫工程學科，具有碩士、博士學位授予權。
飛行器動力系統是航空、航天器的心臟，是航空、航天器中最關鍵部件。航空發動機的研制水平是壹個國家工業基礎和實力的標誌。
該專業主要研究航空、宇航推進動力的理論與技術。培養在航空、航天、交通、能源、環境及其它相關領域從事熱力動力方面的研究、設計、實驗、開發和管理工作的高級工程技術人才。
飛行器動力工程屬多學科交叉、技術密集型專業，下設4個研究方向：發動機設計與工程（含結構完整性分析與CAD）；發動機流動與燃燒（含工作過程仿真）；發動機控制與測試技術；發動機強度振動及故障診斷。
學生通過系統學習，將具有堅實的數學、物理、工程力學、機械原理等基礎知識，空氣動力學、工程熱力學、固體力學、自動控制、計算機應用、飛行器動力裝置原理與結構強度等專業基礎知識。主要為航空、航天、艦船等工業部門培養高級工程技術人才。本專業對應的動力機械及工程學科是國家重點學科，具有碩士、博士學位授予權。該專業畢業生主要去向包括：航空發動機研制、設計、生產部門，航天發動機研制、設計、生產部門，艦用燃氣輪機研制、設計、生產部門及民用燃氣輪機研制、生產部門等。
核科學技術對人類生活和世界格局的影響逐年增加，在能源、資源、環境、以及人類健康等方面有廣泛應用。隨著我國核技術及核產業的不斷發展和國家對核技術領域投入的不斷加大，迫切需要高素質的核科學技術人才補充到相關單位。本專業培養具備以核工程技術、工程熱物理為主，以機械、電工、計算機技術等為輔的基本知識結構，理工結合的高級復合型工程技術人才。
學生通過系統學習，將具有堅實的數學、物理、工程力學、機械原理、電工電子等基礎知識，傳熱學、流體力學、工程熱力學、自動控制、計算機應用等專業基礎知識，以及核反應堆物理分析、核反應堆熱工水力學、核動力裝置與設備、核反應堆安全分析、核反應堆設計原理、核動力裝置測試技術、核動力裝置運行及控制等專業知識。
該專業所在的能源科學與工程學院是動力工程及工程熱物理國家壹級重點學科，有博士壹級學科學位授予權，設有博士後工作流動站，與十幾個國家和地區的著名大學與研究機構有密切的學術交往與合作。
畢業生除攻讀碩士學位外，可在政府部門、規劃部門、軍事部門、核電工業和輻射科學相關的科研設計單位、核電站、高等院校等從事規劃、設計、運行、施工、管理、教育和研究開發工作。