机械设计及理论学科培养从事机械设计、机械系统性能分析和相关理论研究的人才，是西安石油大学历史较久的特色学科，于1991年获得硕士学位授予权，该学科的特色为综合运用力学、摩擦学、强度理论及设计理论、机械零部件的冷热加工及装配工艺、CAD技术、计算机编程、机械参量测量、微处理器应用、电工学、电子学知识进行石油钻采设备（含井下管具）的设计及工作行为分析，已形成钻采机械工作理论及设计、机电一体化系统设计、现代机械设计理论与方法、油井钻采工具行为分析与设计、机械系统动力学与应用、石油管柱力学理论与应用、海洋石油钻采装备研究、机电产品造型设计等8个稳定的研究方向。