20世纪以来，世界机械工程的发展远远超过了上个世纪。尤其是第二次世界大战以后，由于科学技术工作从个人活动走向社会化，科学技术的全面发展，特别是电子技术、核技术和航空航天技术与机械技术的结合，大大促进了机械工程的发展。
第二次世界大战前的40年，机械工程发展的主要特点是：继承19世纪延续下来的传统技术，并不断改进、提高和扩大其应用范围。如农业和采矿业的机械化程度有了显著的提高；动力机械功率增大，效率进一步提高，内燃机的应用普及到几乎所有的移动机械。随着工作母机设计水平的提高及新型工具材料和机械式自动化技术的发展，机械制造工艺的水平有了极大的提高。美国人泰勒首创的科学管理制度，在20世纪初开始在一些国家广泛推行，对机械工程的发展起了推动作用。
第二次世界大战以后的30年间，机械工程的发展特点是：除原有技术的改进和扩大应用外，与其他科技领域的广泛结合和相互渗透明显加深，形成了机械工程的许多新的分支，机械工程的领域空前扩大，发展速度加快。这个时期，核技术、电子技术、航空航天技术迅速发展。生产和科研工作的系统性、成套性、综合性大大增强。机器的应用几乎遍及所有的生产部门和科研部门，并深入到生活和服务部门。
进入20世纪70年代以后，机械工程与电工、电子、冶金、化学、物理和激光等技术相结合，创造了许多新工艺、新材料和新产品，使机械产品精密化、高效化和制造过程的自动化等达到了前所未有的水平。从20世纪60年代开始，计算机逐渐在机械工业的科研、设计、生产及管理中普及应用，过去机械工程中许多不便计算和分析的工作，已能用计算机加以科学计算，为机械工程各学科向更复杂、更精密方向发展创造了条件。
一、动力机械
19世纪末至20世纪初，大部分动力机械，如水轮机、汽轮机、柴油机、汽油机等，均已具备了现代产品的基本特征。以后的发展主要是提高效率，增大功率，改善运行控制条件，扩大应用范围。进入20世纪50年代后，减少环境污染成为一个重要的课题。20世纪以来发展起来的动力机械新机种有20世纪30年代末进入实用的燃气轮机和20世纪50年代发明的旋转活塞式发动机。20世纪50年代起，核反应堆作为新型的蒸汽发生器进入动力机械行列，成为动力工程的一项重大突破。已经采用或正在研究的还有利用其他能源，如风力、太阳能、地热能、海洋能、生物能等的动力装置。
（一）水轮机
19世纪下半叶创制的混流式和水斗式水轮机结构简单，效率高，适合于高水头，迅速得到普及。20世纪以来水轮机品种发展迅速。1920年，奥地利人卡普兰又研制成适合低水头的轴流转桨式水轮机。第二次世界大战前夕，又研制成功可逆式水泵水轮机和贯流式水轮机。1956年，斜流式水轮机问世，它的特点是转轮轻，能适应蓄能电站的要求。水轮机主要用于水力发电，单机容量从20世纪40年代的120兆瓦增加到20世纪60年代的600兆瓦，1981年，世界最大的水轮机已超过700兆瓦。
（二）汽轮机
20世纪初汽轮机就已成为主要的火力发电设备，并作为船舶动力装置的主机，代替了部分蒸汽机。此后汽轮机的发展主要结合锅炉的改进，增加功率、提高热效率、降低材料消耗和造价。第二次世界大战后，为提高热效率，大型电站汽轮机一度趋向于采用超临界蒸汽参数，蒸汽压力达30～35兆帕，温度达593℃～650℃。但因需要昂贵的奥氏体不锈钢制造锅炉。后来选用的蒸汽参数有所下降。汽轮机的单机功率不断增大，1912年最大为25兆瓦，1947年为100兆瓦，1962年为500兆瓦，1972年瑞士制造的双轴汽轮机组功率达1300兆瓦，是当时最大的机组。
（三）内燃机
20世纪以来内燃机的应用范围急剧扩大。移动式机械大部分都使用内燃机为动力。为减少内燃机特别是汽车发动机排气的污染，采用了分层供气涡流燃烧室，利用计算机控制燃油空气混合比和点火时间，采用二次空气喷射和排气再循环等技术。同时还在试用较少或没有排气污染的燃气轮机、增压柴油机和飞轮、氢发动机、斯特林发动机等。汽油机进入20世纪后的主要发展是扩大气缸容积、提高压缩比、提高转速以增大功率，并注重降低能耗。柴油机在20世纪50年代以前主要用于船舶、农业机械、施工及矿山机械、大型载重汽车和坦克上。柴油机因能节省燃油，排气污染少，机器使用寿命长，应用范围不断扩大，20世纪50年代后，在部分小轿车上也开始采用柴油机为动力。旋转活塞式发动机是联邦德国工程师汪克尔于1957年制成的。这种发动机结构简单，无往复运动，体积小、重量轻、成本低。但在低转速时的气体泄漏量高于往复机，低速动力性能和燃料经济性低于往复机。近年来，由于设计结构、工艺、材料的不断改进，差距正在逐步缩小。
（四）燃气轮机
20世纪30～40年代燃气轮机发展迅速。1939年瑞士建成世界上第一座以燃气轮机为动力的尖峰负荷电站，1941年燃气轮机机车问世，同年，以燃气轮机作为动力的喷气式飞机在英国试飞成功。第二次世界大战以后，燃气轮机除大量用于航空外，还用于备用电站和石油、天然气输送管线。1982年，世界最大的燃气轮机单机功率达100兆瓦，效率达30％。美国正在研究200兆瓦级、效率为40％的新型机组。20世纪50年代以后，利用燃气轮机与锅炉、汽轮机组成燃气－蒸汽联合循环装置提高热效率的方法获得一定的应用。
5．核动力装置
1942年，美国的费密（原籍意大利）等人建成第一座可控的链式核裂变原子反应堆。1954年前苏联建成功率为5000兆瓦的第一座核电站。至1983年底，世界上共建成核电站反应堆302座，总装机容量达19.9万兆瓦，最大的核电站反应堆达1200兆瓦。核反应分为核裂变和核聚变两种。核聚变比核裂变释放的能量大得多，放射性危险较小，所用燃料（超重氢）资源丰富，但人工控制它的能量释放较困难。
二、机械制造技术
机械制造技术的发展与产品和材料技术的发展紧密相关。20世纪以来，促进机械制造技术进步的主要因素是：（1）产品大型化。20世纪70年代，大的工件已重达几百吨。因此，成套地发展了大型毛坯制造、大型零件加工、大型整机装配和运输等所需的技术和装备。
（2）产品加工精度提高。20世纪初，最精密零件尺寸精度为0.01毫米，现代最精密的量块和航天陀螺仪零件的精度要求高达0.01微米。
（3）机械材料的多样化和加工难度提高。20世纪初，机械工业的主要材料是一般钢铁。20世纪30年代以后，铝合金的应用增多。第二次世界大战后，球墨铸铁、合金铸铁、耐热钢、耐磨钢、高强钢、镍合金、钛合金、硬质合金的用量不断增加。20世纪60年代以来，工程塑料、复合材料和宝石、玻璃、陶瓷等非金属材料的应用也逐渐增加。材料力学性能如强度、硬度、韧性的提高，使加工难度越来越大，因之出现了一些特殊加工方法。
（4）缩短加工制造周期，提高劳动生产率，减少原材料和能源消耗，提高产品质量，也是促进机械制造技术发展的重要因素。20世纪在这方面的主要进展是加工和检测过程的连续化、自动化、金属切削加工速度的提高，少无切削加工的发展，焊接结构的推广，金属热处理和材料保护等技术的普及。
（一）铸造技术
20世纪40～50年代之间，高压造型开始应用推广。这是砂型铸造的一大改进，造型比压达0.7～2兆帕，可生产高精度铸件。砂型铸件占铸件总量的3/4以上。20世纪80年代初，世界上已有高压造型线约1000条。1971年，日本创造了砂型负压造型法，提高了铸件精度，并且省砂、节能、污染少。熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、壳型铸造等的应用都在扩大。1947年制成球墨铸铁，使机械中应用最广的铸铁性能大大改善，并扩大应用到部分齿轮和曲轴，代替锻钢。第二次世界大战以后逐渐普及用电炉冶炼铸钢件钢水，而战前主要是用平炉。特大件采用多炉合浇工艺，有的采用电渣重熔。20世纪50年代发展了真空冶炼和真空除气，提高了铸钢质量。真空浇注首先用于发电设备的大锻件制造，后来扩展到滚动轴承钢，促进了轴承寿命的提高。
（二）锻压技术
20世纪30年代出现的钢质零件的冷镦、冷挤技术，使一些标准件的材料利用率提高到80％以上，并大幅度提高了劳动生产率和产品质量。第二次世界大战期间，奥地利制成精密锻轴机，美国将爆炸成形工艺投入实用。20世纪50年代发展了生产大型复杂工件的多向模锻技术。1958年瑞士制成精密冲裁机。多年来出现了高速高能锤和辊锻。至于20世纪60年代以后，精密模锻技术大量用于锥齿轮和叶片等零件的成形。冷锻、温锻和粉末锻造在各国迅速发展，超塑性成形已应用于制造汽车、飞机发动机、汽轮机等复杂精密零件。现代工业发达国家生产的锻件中，模锻件占50％以上。在锻压机械方面，欧美各国曾于19世纪末用1000千牛以上自由锻锤锻造大件。20世纪初，结构紧凑、振动小、易操作的锻造水压机取代了大锻锤。到20世纪70年代末，大型自由锻造水压机在10万千牛左右。后来，由于钢锭质量的提高和采用了不镦粗、硬壳压实等新工艺，锻件虽然加大，而新造的自由锻造水压机均未向更大的方向发展。为满足大量生产的需要，先后还研制出模锻锤和热模锻压力机。