Οι μεταλλουργικοί μηχανικοί ερευνούν διάφορους τύπους μεταλλευμάτων και κραμάτων για να σχεδιάσουν ισχυρότερα, ελαφρύτερα και πιο ευέλικτα προϊόντα και εξοπλισμό. Ορισμένοι μηχανικοί εξειδικεύονται στην εξόρυξη μεταλλουργίας, η οποία περιλαμβάνει την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών διαδικασιών για την αφαίρεση χρήσιμων μετάλλων από το μεταλλεύμα. Άλλοι ασκούν φυσική μεταλλουργία, η οποία περιλαμβάνει την εφεύρεση νέων προϊόντων και τη βελτίωση των υφιστάμενων τεχνικών παραγωγής. Μεταλλουργικές εργασίες μηχανικού βρίσκονται σε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα, όπως εργοστάσια παραγωγής, χαλυβουργεία, διυλιστήρια και εργαστήρια έρευνας και ανάπτυξης.
Πολλές εργασίες μηχανικού μεταλλουργίας περιλαμβάνουν σχεδιασμό μηχανημάτων, εξοπλισμού και διαδικασιών για την εξαγωγή μετάλλου από ακατέργαστα μεταλλεύματα. Οι μηχανικοί που εργάζονται σε διυλιστήρια και εργοστάσια πειραματίζονται με διαφορετικές διαδικασίες μικρής κλίμακας για να διαχωρίσουν τα καθαρά μεταλλικά στοιχεία από τα απόβλητα. Σχεδιάζουν μηχανήματα σύνθλιψης, λείανσης και κοσκινίσματος και αναπτύσσουν πιο αποτελεσματικές μεθόδους χημικής εξαγωγής. Πολλοί επαγγελματίες ειδικεύονται στη βελτίωση των διαδικασιών έκπλυσης, οι οποίες συνεπάγονται τη διάλυση αποβλήτων από ακατέργαστα μεταλλεύματα για την απόκτηση του χρησιμοποιήσιμου μετάλλου. Ορισμένοι μηχανικοί εξόρυξης εργάζονται επιτόπου στις εργασίες εξόρυξης για να καθορίσουν τις καλύτερες μεθόδους για την αξιοποίηση και τη συλλογή κοιτασμάτων μεταλλεύματος.
Οι φυσικοί μεταλλουργικοί μηχανικοί μελετούν τις χημικές και φυσικές ιδιότητες των μεταλλικών στοιχείων. Πειραματίζονται με διαφορετικούς τύπους μετάλλων και κραμάτων για να καθορίσουν ποια είναι τα πιο κατάλληλα για συγκεκριμένες χρήσεις. Για παράδειγμα, ένας μεταλλουργικός μηχανικός που εργάζεται για μια εγκατάσταση έρευνας και ανάπτυξης μπορεί να κληθεί να σχεδιάσει ένα ελαφρύ, ισχυρό κεφάλι μπαστούνι γκολφ. Θα πραγματοποιούσε μια σειρά πειραμάτων με διαφορετικά μέταλλα, όπως τιτάνιο και κοβάλτιο, για να καθορίσει το πιο αξιόπιστο υλικό για το προϊόν. Οι μεταλλουργικοί μηχανικοί με εμπειρία μηχανικής μηχανικής μπορούν επίσης να εμπλακούν στις πραγματικές φάσεις κατασκευής και δοκιμής των σχεδίων τους.
Οι επαγγελματίες που εργάζονται ως μεταλλουργικοί μηχανικοί στην αεροδιαστημική, τη ναυπηγική και την αυτοκινητοβιομηχανία αναπτύσσουν ασφαλέστερα, πιο αποδοτικά μεταλλικά μέρη για διαφορετικούς τύπους οχημάτων. Οι μηχανικοί μπορούν να σχεδιάσουν δεξαμενές αερίου, χώρους κινητήρων και συστήματα εξάτμισης που είναι λιγότερο ευαίσθητα στη σκουριά και τη θερμοκρασία. Καθορίζουν πώς να κάνουν τα σώματα αυτοκινήτων και αεροπλάνων ισχυρότερα χωρίς να θυσιάζονται η λειτουργικότητα και η αεροδυναμική. Μερικοί πολύ εξειδικευμένοι μεταλλουργικοί μηχανικοί εργάζονται σε κυβερνητικές και στρατιωτικές διαστημικές υπηρεσίες για να δημιουργήσουν προϊόντα που μπορούν να αντέξουν σε υπερβολική θερμότητα και πίεση.
Ένα πτυχίο στη χημική ή μηχανολογική μηχανική απαιτείται για την απόκτηση των περισσότερων μεταλλουργικών θέσεων μηχανικού. Ορισμένα κολέγια προσφέρουν εξειδικευμένα μεταπτυχιακά στην επιστήμη και τη μηχανική υλικών για να προετοιμάσουν περαιτέρω τους φοιτητές για απασχόληση στον τομέα. Οι νέοι υπάλληλοι συνήθως εργάζονται ως βοηθοί έρευνας σε ανώτερους μηχανικούς για αρκετά χρόνια για να αποκτήσουν πρακτική εμπειρία και να εξοικειωθούν με τα διάφορα τεχνικά και διοικητικά καθήκοντα που εμπλέκονται σε εργασίες μηχανικού μεταλλουργίας.