Ένας επαγγελματίας μηχανολόγος μηχανικός σχεδιάζει και κατασκευάζει διαφορετικούς τύπους μηχανών που χρησιμοποιούνται σε εργοστάσια, κτίρια και κατοικίες. Συχνά ειδικεύεται σε έναν συγκεκριμένο τομέα, όπως η αεροναυπηγική, τα αυτοκίνητα, ο βιομηχανικός εξοπλισμός, η ρομποτική ή τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Οι μηχανικοί δημιουργούν συχνά μοντέλα υπολογιστών και σχεδιαγράμματα των σχεδίων τους, αναλύουν θεωρητικές μηχανές και κατασκευάζουν φυσικά πρωτότυπα. Συχνά ασχολούνται με την κατασκευή, τη δοκιμή, την κατοχύρωση διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας και την εμπορία των νέων τους μηχανημάτων.
Ο σχεδιασμός ενός νέου προϊόντος ή μηχανής συνήθως απαιτεί από έναν επαγγελματία μηχανολόγο μηχανικό να διεξάγει εκτεταμένη έρευνα και να περάσει από πολλά προσχέδια σχεδίων. Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν πολλές διαφορετικές αρχές της φυσικής στην έρευνά τους, συμπεριλαμβανομένων στοιχείων του ηλεκτρισμού, της θερμοδυναμικής, της μηχανικής των ρευστών και της κινηματικής. Οι ειδικές τους γνώσεις τους βοηθούν να σχεδιάσουν τα πιο αποδοτικά, οικονομικά μηχανήματα και συσκευές. Οι επαγγελματίες συνήθως δημιουργούν σχεδιαγράμματα με τη βοήθεια προγραμμάτων υπολογιστών, τα οποία τους επιτρέπουν να κάνουν αλλαγές στα σχέδια και να βάζουν τις ιδέες τους μέσω προσομοιωμένων δοκιμών.
Όταν ένας επαγγελματίας μηχανολόγος μηχανικός είναι σίγουρος για το σχέδιό του, η φυσική διαδικασία κατασκευής μπορεί να ξεκινήσει. Ο μηχανικός συνήθως συνεργάζεται με μια ομάδα άλλων ειδικών για να δημιουργήσει και να δοκιμάσει ένα πρωτότυπο της μηχανής. Αυτός ή αυτή κάνει ωραίες προσαρμογές όταν είναι απαραίτητο για να διασφαλίσει τη σωστή λειτουργία. Ένα επιτυχημένο σχέδιο συνήθως κατοχυρώνεται με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και διατίθεται στο εμπόριο σε κατασκευαστικές εταιρείες, έτσι ώστε το μηχάνημα να μπορεί να παραχθεί μαζικά.
Πολλές διαφορετικές βιομηχανίες απασχολούν μηχανικούς για τη δημιουργία νέων και καλύτερων προϊόντων. Οι ειδικοί μπορούν να εργαστούν σε εξειδικευμένα εργαστήρια έρευνας και ανάπτυξης σε εργοστάσια που παράγουν βιομηχανικά μηχανήματα, όπως μηχανικά εργαλεία και γεννήτριες ενέργειας. Πολλοί επαγγελματίες κάνουν βελτιώσεις στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, τις συσκευές και τα συστήματα θέρμανσης και ψύξης. Ένας επαγγελματίας μηχανολόγος μηχανικός με υψηλή εξειδίκευση μπορεί να εργαστεί για τον στρατό ή ένα κυβερνητικό ίδρυμα, σχεδιάζοντας σύνθετο εξοπλισμό επιτήρησης και αμυντικά συστήματα.
Για να γίνει επαγγελματίας μηχανολόγος μηχανικός, ένα άτομο πρέπει συνήθως να είναι κάτοχος πτυχίου από διαπιστευμένο κολέγιο ή πανεπιστήμιο. Ένα άτομο μπορεί να επιλέξει να αποκτήσει μεταπτυχιακό ή διδακτορικό δίπλωμα για να εργαστεί σε προηγμένες θέσεις σε ερευνητικά εργαστήρια ή πανεπιστήμια. Ένας νέος μηχανικός συνήθως ξεκινά την καριέρα του ως βοηθός, αποκτώντας γνώση από πρώτο χέρι για διάφορα εργαλεία, τεχνικές και ευθύνες από έμπειρους επαγγελματίες. Αφού αποκτήσει εμπειρία ως βοηθός, ένας νέος μηχανικός συχνά απαιτείται να δώσει εξετάσεις αδειοδότησης ή πιστοποίησης πριν εργαστεί ανεξάρτητα.
Οι μηχανολόγοι μηχανικοί έχουν μεγάλη ζήτηση στις περισσότερες θέσεις εργασίας. Οι νέες τεχνολογικές εξελίξεις στην έρευνα και το σχεδιασμό απαιτούν από τους μηχανικούς να έχουν μια ισχυρή κατανόηση των υπολογιστών, της ρομποτικής και του εξελιγμένου ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Τα άτομα με επάρκεια στον προγραμματισμό ηλεκτρονικών υπολογιστών και τις εφαρμογές της τεχνολογίας των πληροφοριών συνήθως απολαμβάνουν τις καλύτερες ευκαιρίες σταδιοδρομίας ως επαγγελματίες μηχανολόγοι μηχανικοί.