在分子和细胞尺度研究生命系统如何感受和传导力学信号并对细胞环境的物理特性和力学载荷做出响应。重点研究从分子、细胞到组织跨层次生物力学行为；研究跨尺度生物力学定量化实验方法、建模和仿真理论；研究材料与细胞、组织相互作用的生物力学与力生物学机制。
力学生物学是生物力学新兴的重要研究领域。通过生物学与力学原理方法的有机结合，从整体-器官-细胞-蛋白-基因不同层次上，综合探讨力学因素在上述生命过程和疾病发生发展过程中的作用， 阐明细胞力学信号转导与响应的细胞分子机制，寻找力学因素在疾病发生发展中起重要作用的新生物标记物和潜在药物靶标，揭示机体正常生长、发育和衰老的生物力学机制和自然规律，深化对疾病发生发展病理机制的认识，为疾病防治、新型药物设计和新技术的研发奠定力学生物学基础。
微流控芯片和生物芯片已经被广泛应用于生物医学、环境科学和工程科学等研究领域。重点开展微纳米流体力学和微纳结构力学等基础研究，开发基于微流控芯片的单/多细胞力、生、化并行检测技术，并发展柔性微流控芯片，类器官芯片，以及融合样本处理、反应标记及检测等功能化生物微流控芯片，用于疾病诊断和药物筛选、细胞分析、生物分子间相互作用等研究领域。
航天员长期在轨飞行可导致心血管功能障碍、骨质丢失、肌肉萎缩、免疫功能下降、内分泌功能紊乱、空间运动病等多种生理及病理变化，存在许多待解决的问题。针对这些问题，开展空间微重力环境下血液循环系统改建及其对抗的血流动力学及力生物学研究；空间微重力环境下骨丢失及其对抗研究；空天环境下的人体行为工程研究等。
研究血液宏微观流动性质，血液与血管、心脏之间相互作用，血细胞流动性质及生物化学成分之间的关系，及血细胞的流变行为。研究成果将在个体化心血管介入治疗的手术规划和动脉粥样硬化斑块生长、破裂机制与高风险斑块的预测等方面奠定理论基础。
生物材料和组织的多尺度力学及其仿生研究近年来得到了越来越多的关注，其核心任务是揭示生物材料力学性能—微纳结构—化学成分—生物功能之间的定量关系，进而为先进材料、结构、器件和组织工程的仿生设计提供理论和技术基础。