机械制造及自动化系是一个实力强大的专业领域，它在2005年被湖南省认定为重点学科，两年后又升级为国家重点学科。该系拥有博士一级学科授予权，研究领域广泛，包括精细微纳结构零件注射成形、模具设计制造理论、数字与智能制造、仿生机器人等。该系参与了多项国家级项目，如973重大基础研究课题和863高技术研究项目，还荣获湖南省科技进步一等奖等荣誉，拥有丰富的专利成果。
机械设计系秉持“教学与科研并重”的理念，积极参与教学和科研活动，为本科生提供基础课程如机械设计、机械原理等的教学，并负责研究生的高级课程。同时，该系与行业企业紧密合作，进行前沿技术研究。
机械电子工程系专长于深海采矿、制造业等领域，是湖南省重点学科。该系负责机电学院的基础学科教学，并设有多个实验室，为学生提供丰富的实践机会。专业方向注重电子、计算机技术的融合，致力于培养跨学科的复合型高级工程技术人才。
车辆工程系专注于陆地交通载运工具，特别是新能源汽车领域，旨在培养具有车辆设计、制造、维修及运用能力的复合型高级专门人才。课程内容涵盖现代设计理论、新能源汽车技术等，设有多个特色课程，如汽车理论、新能源汽车与电力电子技术等，以满足社会对新能源汽车专业人才的需求。
中南大学机电工程学院，成立于2002年5月，其前身由中南工业大学机电工程学院和长沙铁道学院机电工程学院组建而成，该学院负责承担学校机械学科及专业的建设和人才培养工作。学院以“凝心聚力，科学创新，自强不息，铸造辉煌”为院训，在教学、科研等方面已形成了较大的规模。