在分子和細胞尺度研究生命系統如何感受和傳導力學信號并對細胞環境的物理特性和力學載荷做出響應。重點研究從分子、細胞到組織跨層次生物力學行為；研究跨尺度生物力學定量化實驗方法、建模和仿真理論；研究材料與細胞、組織相互作用的生物力學與力生物學機制。
力學生物學是生物力學新興的重要研究領域。通過生物學與力學原理方法的有機結合，從整體-器官-細胞-蛋白-基因不同層次上，綜合探討力學因素在上述生命過程和疾病發生發展過程中的作用， 闡明細胞力學信號轉導與響應的細胞分子機制，尋找力學因素在疾病發生發展中起重要作用的新生物標記物和潛在藥物靶標，揭示機體正常生長、發育和衰老的生物力學機制和自然規律，深化對疾病發生發展病理機制的認識，為疾病防治、新型藥物設計和新技術的研發奠定力學生物學基礎。
微流控芯片和生物芯片已經被廣泛應用于生物醫學、環境科學和工程科學等研究領域。重點開展微納米流體力學和微納結構力學等基礎研究，開發基于微流控芯片的單/多細胞力、生、化并行檢測技術，并發展柔性微流控芯片，類器官芯片，以及融合樣本處理、反應標記及檢測等功能化生物微流控芯片，用于疾病診斷和藥物篩選、細胞分析、生物分子間相互作用等研究領域。
航天員長期在軌飛行可導致心血管功能障礙、骨質丟失、肌肉萎縮、免疫功能下降、內分泌功能紊亂、空間運動病等多種生理及病理變化，存在許多待解決的問題。針對這些問題，開展空間微重力環境下血液循環系統改建及其對抗的血流動力學及力生物學研究；空間微重力環境下骨丟失及其對抗研究；空天環境下的人體行為工程研究等。
研究血液宏微觀流動性質，血液與血管、心臟之間相互作用，血細胞流動性質及生物化學成分之間的關系，及血細胞的流變行為。研究成果將在個體化心血管介入治療的手術規劃和動脈粥樣硬化斑塊生長、破裂機制與高風險斑塊的預測等方面奠定理論基礎。
生物材料和組織的多尺度力學及其仿生研究近年來得到了越來越多的關注，其核心任務是揭示生物材料力學性能—微納結構—化學成分—生物功能之間的定量關系，進而為先進材料、結構、器件和組織工程的仿生設計提供理論和技術基礎。