材料科学最早起源于冶金学，而金属材料的研究也一直是材料科学的重要组成部分之一。从19世纪后期开始，随着科学性研究方法的引入，材料科学作为一门独立的学科建立起来。基于其科学与工程相结合的背景，材料科学的研究有如下几个特点：

1. 针对性的研究对象：材料科学的研究对象初看起来非常广泛，几乎包括世界上所有的物质。而实际上，材料科学的核心是缺陷（Defect），即所有材料中的缺陷。而材料科学的基本任务之一就是将不同材料中的缺陷加以分类，研究其相同和不同之处。

2. 多学科研究的交叉：材料科学可以看作物理、化学和力学的交叉学科，即通过物理、化学和力学的方法对缺陷进行研究。在物理方面，主要研究缺陷的物理起源和物理性质；在化学方面，主要研究缺陷的产生和控制；在力学方面，主要研究缺陷对材料力学性能的影响。

3. 实验和理论的结合：材料科学是一门典型的实验与理论紧密结合的学科。先由最初的实验结果总结出经验性理论，经验性理论再被提炼成系统理论，并反过来指导新的实验设计和验证。

材料科学的理论发展不同于其它学科（如物理），有其自身的特点。我将以自己所在的金属材料领域为例，简单整理一下金属材料理论发展的历史脉络和近期趋势。这里有两点先澄清一下，我们主要关注的是金属缺陷理论的发展，而无缺陷的金属材料理论，应属于固体物理的范畴。另外我们将采用类似于纪传体的方式来进行分类，因为科学理论的发展一般是跳跃性的，即一位科学家提出的理论经常在沉寂数十年之后才会由另一位科学家实质性地改进和发展。