یکی دیگر از گرایش های مقطع دکتری مهندسی مواد، گرایش خواص فیزیکی و مکانیکی مواد می باشد. مباحث تخصصی در دوره دکترای مهندسی مواد و متالورژی گرایش خواص فیزیکی و مکانیکی مواد شامل تئوری الکترونی مواد، تغیی حالت های مارتنزیتی، کامپوزیت ها، سینتیک تشکیل رسوب در محلول های جامد، سیستم های چند جزئی، مکانیزم های مقاوم شدن مواد، خواص مکانیکی پیشرفته مواد، تئوری نابجایی ها و مکانیک شکست تحلیلی می باشد. ضمن اینکه دانشجویان دوره دکتری گرایش خواص فیزیکی و مکانیکی مواد، با انجام یک پروژه تحقیقاتی (رساله دکتری)، تحصیلات خود را در این مقطع به اتمام می رسانند. تدریس در دانشگاه ها و یا محقق در مراکز تحقیقاتی صنعتی، خصوصی یا دولتی، آینده شغلی فارغ التحصیلان دوره دکتری مهندسی مواد گرایش خواص فیزیکی و مکانیکی مواد را تشکیل می دهد.