本学科在生物医学工程的经典研究领域与新兴的研究方向齐头并进。学科形成了有特色的核心研究方向，包括：神经工程、医学影像、微纳医学与组织工程、医疗仪器。

神经工程学是现代神经科学与电子、信息科学的交叉学科；致力于理解生物智能背后的神经机制，为下一代人工智能算法提供新思路，并为神经系统疾病诊断、治疗和康复提供新方法与新平台。

微纳医学与组织工程学是现代生命科学、医学与微纳米科技的交叉学科；致力于研发生物芯片为重大疾病的个性化预测、预防和诊断等提供新平台和新方法，并研制高效的纳米药物递送系统，构建仿生人造组织和高性能生物材料。

医学影像学是现代生命科学、医学与电子、计算机科学的交叉学科，也是最重要的临床诊断方法之一；致力于为肿瘤、心脑血管等重大疾病的早期、无创、动态诊断提供新方法与新指标。

医疗仪器学是现代生命科学、医学与化学、机械、电子、计算机科学的交叉学科；致力于研发创新型的医学仪器设备，既服务于重大疾病的诊断、治疗与康复，也服务于生命科学的基础研究。