대학원은 산업계의 고급인력과 전문 연구인의 양성을 목표로 하며, 석사와 박사과정이 개설되어 있다. 전공분야는 크게 열·유체분야와 고체 및 제어분야로 구분된다.

열·유체분야는 열공학, 유체공학, 전산열유체, 에너지공학, 열환경제어 및 에너지 물질순환 연구실로, 고체 및 제어분야는 신소재, 구조해석, 재료강도, 정밀공학,진동공학, 자동제어, 나노/복합재, 가상시제 및 로봇공학 연구실로 구성되어 있다.

석사과정은 폭넓은 기초지식을 기반으로 전공 분야에서의 학술연구 능력을 배양하며, 박사과정은 전문연구 수행자로서의 자질을 기르고 독립적으로 연구활동을 수행해 나갈 수 있는 연구능력과 사고력을 배양함으로써, 전문인 양성을 그 목적으로 하고 있다.