机电一体化是关于全套机器解决方案的综合性学科，涉及机电系统的所有元素，包括机械装置、电机、驱动器、控制、接口和人机交互。当使用机电系统方法进行机器设计时，会涉及到多个学科。这需要运用机械、电气、液压、气动或综合性技术来实现运动系统的目标。通常，这些系统的目的是复制、简化或辅助人工功能，最常见的用途是机器可以做得更好的重复性工作。在机电一体化建立之前，机械系统和控制系统是彼此独立发展的，很少考虑所使用的相关部件。随着计算能力的提高，研究人员开始采用专用的系统建模来优化解决方案。
将机械、电气和控制系统相结合的学科开始出现于五十年代。但是，“机电一体化”一词是日本安川电气公司的哲路三雄提出的，并在1971年被注册为商标，随后被公开使用。
机电一体化的真正应用远早于其名称正式发布日期。1952年，Solodovnikov出版了《控制系统统计动力学》一书。 本书的一部分内容描述电子放大器如何反馈误差信号，并描述使用安装在万向架上的雷达来跟踪导弹。这些文件是从前苏联走私出来的，在当时具有很强的前瞻性。
今天，大多数运动控制系统生产商早已将这些原理作为常规做法。OEM厂商综合使用不同供应商的运动器件，利用机电一体化技术进行成功的整合。
机电一体化工程的目标是在开发过程中免去“试错”环节。这就需要用数学方法全面理解给定机器的特性。结合系统建模、振动分析和其他分析方法，利用最先进的反馈传感器，可以收集分析和预测故障，从而便于制定预防性维护计划。举一个简单的例子，利用特定的工作电流时序收集数据，当工作电流值超出目标范围时，可以检测到机械系统是否处于过度磨损状态。许多系统设计使用电机传感器与控制算法相结合，根据特定的反馈数据和规定的限值来生成报警和警告。这种设置通常包含在系统控制器件内部。当机器设计需要考虑到各种机电元件的相互作用时，可以对机器进行优化，以获得卓越的性能、最长的使用寿命和更好的OEE。
大多数工程师毕业于机械或电气工程专业。教学机构将机械和控制系统分开教学，而不是作为一个综合性学科。在学校之外的实际应用环境中，这些原本独立的学科被自然地结合在一起。在美国和全球其他国家，越来越多的大学设立了机电一体化学科。在各个大学，机电一体化工程作为工程系下设的一个学科，变得越来越普遍。许多技术和贸易学校都开始设立机电一体化专业。随着计算能力的提高以及更先进的反馈传感器出现并适应各种机器条件，机电一机化将会取得进一步的发展。在连接到物联网之后，机器操作员将能够通过智能手机和网络连接接收维护警告，从远程位置诊断机器问题。