Οι μηχανές αποτελούνται από στοιχεία μηχανής, τα οποία είναι μεμονωμένα μέρη της μηχανής που κινούνται και προσκρούουν σε άλλα μέρη για να λειτουργήσει η μηχανή. Αν και ένα στοιχείο μηχανής μπορεί να αποτελείται από μικρότερα δομικά μέρη, ολόκληρη η διάταξη που εκτελεί τη λειτουργία θεωρείται το στοιχείο. Για παράδειγμα, μια βαλβίδα αποτελείται από πολλά εξαρτήματα, συμπεριλαμβανομένου ενός χειροτροχού και ενός άξονα ή στελέχους, αλλά μόνο ολόκληρη η βαλβίδα θα ονομάζεται στοιχείο μηχανής. Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία διαφορετικών στοιχείων μηχανής, τόσο γενικής όσο και ειδικής χρήσης, και ο βέλτιστος σχεδιασμός τους είναι ένα σημαντικό πεδίο μελέτης στη μηχανική.
Τα στοιχεία μηχανής γενικής χρήσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιαδήποτε εφαρμογή και περιλαμβάνουν στοιχεία όπως γρανάζια, ρουλεμάν και άξονες. Τα γρανάζια είναι περιστρεφόμενα μέρη με αλληλένδετα δόντια που στρέφονται ενάντια σε άλλα γρανάζια, με αποτέλεσμα να περιστρέφονται και να μεταδίδουν περιστροφική δύναμη ή ροπή. Τα ρουλεμάν χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δύναμης – ένα παράδειγμα είναι το ρουλεμάν, το οποίο επιτρέπει μειωμένη τριβή καθώς κυλά ελεύθερα κάτω από ένα κινούμενο μέρος. Οι άξονες και οι σύνδεσμοι, όπως τα γρανάζια, μεταδίδουν επίσης ροπή και χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση εξαρτημάτων, ειδικά σε οχήματα όπως αυτοκίνητα και μοτοσικλέτες. Παρόλο που υπάρχουν πολλές παραλλαγές και άλλοι τύποι στοιχείων γενικής χρήσης, όλα λειτουργούν με βάση τις ίδιες αρχές δύναμης και κίνησης και μπορούν να ενσωματωθούν σε σχεδόν οποιοδήποτε μηχάνημα όπως απαιτείται.
Η άλλη κύρια κατηγορία στοιχείων μηχανής είναι το στοιχείο μηχανής ειδικής χρήσης. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν επίσης τις βασικές αρχές της δύναμης και της κίνησης για να λειτουργήσουν, αλλά σε αντίθεση με τα στοιχεία γενικής χρήσης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο σε συγκεκριμένες εφαρμογές. Τα έμβολα και οι βαλβίδες είναι παραδείγματα τέτοιων εξαρτημάτων. Οι βαλβίδες ελέγχουν τη ροή ρευστού ή αερίου μέσω ενός σωλήνα εμποδίζοντας τη σωλήνωση και μπορούν να ανοίξουν ή να κλείσουν χρησιμοποιώντας έναν εξωτερικό διακόπτη ή τροχό. Τα έμβολα είναι κινούμενα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται σε κινητήρες και αντλίες για να μεταδώσουν δύναμη από την πίεση αερίου ή υγρού σε έναν κυλινδρικό θάλαμο ή για να εξαναγκάσουν προς τα έξω αυτό το αέριο ή το υγρό.
Κατά το σχεδιασμό ενός στοιχείου μηχανής, οι μηχανικοί επιδιώκουν να βελτιστοποιήσουν διάφορους παράγοντες. Το στοιχείο της μηχανής πρέπει να έχει αρκετή αντοχή και ανθεκτικότητα για να εκτελεί αξιόπιστα τη λειτουργία που προορίζεται, αλλά θα πρέπει επίσης να είναι όσο το δυνατόν μικρότερο και ελαφρύ. Στην ιδανική περίπτωση, θα πρέπει επίσης να είναι εύκολη και φθηνή η κατασκευή και η συντήρηση, ενώ εξακολουθεί να συμμορφώνεται με τα βιομηχανικά πρότυπα. Δεδομένου ότι η βασική λειτουργία του στοιχείου μηχανής είναι η πιο σημαντική παράμετρος στο σχεδιασμό, η διαδικασία ξεκινά με την προσαρμογή του στοιχείου στη λειτουργία του και στη συνέχεια ενσωματώνοντας άλλους παράγοντες.