原子尺度设计材料的合成、表征和应用，是从物理学、化学、材料科学和材料工程等多学科的角度研究有限尺度和减少维数对这些材料的电磁、光和化学性质的影响和作用。原子工程成为了这些领域的结合点。科学实验技术的发展，使得人们有可能在原子尺度上人工合成材料,例如,原子团簇、团簇材料、线性链、多层异质结构、超薄膜等。这些材料的特征是维数低，对称性减小，几何特征显著。

       为了从理论上阐明材料结构与其特性的关系,应用第一性原理方法计算材料的电子状态,可以获得材料的特征参数,从而能够表征、预测甚至设计材料的结构与性能。例如，选择密度泛函理论和基于第一性原理的赝势方法,可计算得到BN、Al、Si等的晶格常数、体弹性模量、电子密度分布和能带结构,并可预报这些材料的基态物理性质，成为第一性原理方法在材料科学中成功应用的典型案例。

       随着计算机计算能力的提高和计算技术的完善及与材料科学的相结合，计算材料科学得以建立并得到了长足的发展，对新材料的开发和材料性能的预报正在发挥着重要作用,成为当前材料科学最为活跃的前沿领域之一。