生物力學(xué)的基礎(chǔ)是能量守恒、動量定律、質(zhì)量守恒三定律并加上描寫物性的本構(gòu)方程。生物力學(xué)研究的重點(diǎn)是與生理學(xué)、醫(yī)學(xué)有關(guān)的力學(xué)問題。依研究對象的不同可分為生物流體力學(xué)、生物固體力學(xué)和運(yùn)動生物力學(xué)等。
在科學(xué)的發(fā)展過程工，生物學(xué)和力學(xué)相互促進(jìn)和發(fā)展著。哈維在1615年根據(jù)流體力學(xué)中的連續(xù)性原理，按邏輯推斷了血液循環(huán)的存在，并由馬爾皮基于1661年發(fā)現(xiàn)蛙肺微血管而得到證實(shí)；材料力學(xué)中著名的揚(yáng)氏模量是揚(yáng)為建立聲帶發(fā)音的彈性力學(xué)理論而提出的；流體力學(xué)中描述直圓管層流運(yùn)動的泊松定理，其實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)是狗主動脈血壓的測量；黑爾斯測量了馬的動脈血壓，為尋求血壓和失血的關(guān)系，在血液流動中引進(jìn)了外周阻力的概念，同時(shí)指出該阻力主要來自組織中的微血管；弗蘭克提出了心臟的流體力學(xué)理論；施塔林提出了物質(zhì)透過膜的傳輸定律；克羅格由于對微循環(huán)力學(xué)的貢獻(xiàn)，希爾由于肌肉力學(xué)的貢獻(xiàn)而先后(1920，1922)獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。到了20世紀(jì)60年代，生物力學(xué)成為一門完整、獨(dú)立的學(xué)科。
生物固體力學(xué)是利用材料力學(xué)、彈塑性理論、斷裂力學(xué)的基本理論和方法，研究生物組織和器官中與之相關(guān)的力學(xué)問題。在近似分析中，人與動物骨頭的壓縮、拉伸、斷裂的強(qiáng)度理論及其狀態(tài)參數(shù)都可應(yīng)用材料力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)公式。但是，無論在形態(tài)還是力學(xué)性質(zhì)上，骨頭都是各向異性的。
20世紀(jì)70年代以來，對骨骼的力學(xué)性質(zhì)已有許多理論與實(shí)踐研究，如組合桿假設(shè)，二相假設(shè)等，有限元法、斷裂力學(xué)以及應(yīng)力套方法和先測彈力法等檢測技術(shù)都已應(yīng)用于骨力學(xué)研究。骨是一種復(fù)合材料，它的強(qiáng)度不僅與骨的構(gòu)造也與材料本身相關(guān)。骨是骨膠原纖維和無機(jī)晶體的組合物，骨板由縱向纖維和環(huán)向纖維構(gòu)成，骨質(zhì)中的無機(jī)晶體使骨強(qiáng)度大大提高。體現(xiàn)了骨以最少的結(jié)構(gòu)材料來承受最大外力的功能適應(yīng)性。
木材和昆蟲表皮都是纖維嵌入其他材料中構(gòu)成的復(fù)合材料，它與由很細(xì)的玻璃纖維嵌在合成樹脂中構(gòu)成的玻璃鋼的力學(xué)性質(zhì)類似。動物與植物是由多糖、蛋白質(zhì)類脂等構(gòu)成的高聚物，應(yīng)用橡膠和塑料的高聚物理論可得出蛋白質(zhì)和多糖的力學(xué)性質(zhì)。粘彈性及彈性變形、彈性模量等知識不僅可用于由氨基酸組成的蛋白質(zhì)，也可用來分析有關(guān)細(xì)胞的力學(xué)性質(zhì)。如細(xì)胞分裂時(shí)微絲的作用力，肌絲的工作方式和工作原理及細(xì)胞膜的力學(xué)性質(zhì)等。
生物流體力學(xué)是研究生物心血管系統(tǒng)、消化呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、內(nèi)分泌以及游泳、飛行等與水動力學(xué)、空氣動力學(xué)、邊界層理論和流變學(xué)有關(guān)的力學(xué)問題。
人和動物體內(nèi)血液的流動、植物體液的輸運(yùn)等與流體力學(xué)中的層流、端流、滲流和兩相流等流動型式相近。在分析血液力學(xué)性質(zhì)時(shí)，血液在大血管流動的情況下，可將血液看作均質(zhì)流體。由于微血管直徑與紅細(xì)胞直徑相當(dāng)在微循環(huán)分析時(shí)，則可將血液看作兩相流體。當(dāng)然，血管越細(xì)，血液的非牛頓特性越顯著。
人體內(nèi)血液的流動大都屬于層流，在血液流動很快或血管很粗的部位容易產(chǎn)生湍流。在主動脈中，以峰值速度運(yùn)動的血液勉強(qiáng)處于層流狀態(tài)，但在許多情況下會轉(zhuǎn)變成湍流。尿道中的尿流往往是湍流。而通過毛細(xì)血管壁的物質(zhì)交換則是一種滲流。對于血液流動這樣的內(nèi)流，因心臟的搏動血液流動具有波動性，又因血管富有彈性故流動邊界呈不固定型。因此，體內(nèi)血液的流動狀態(tài)是比較復(fù)雜的。
對于外流，流體力學(xué)的知識也用于動物游泳的研究。如魚的體型呈流線型，且易撓曲，可通過興波自我推進(jìn)。水洞實(shí)驗(yàn)表明，在魚游動時(shí)的流體邊界層內(nèi)，速度梯度很大，因而克服流體的粘性阻力的功率也大。小生物和單細(xì)胞的游動，也是外流問題。鞭毛的波動和纖毛的拍打推動細(xì)胞表面的流體，使細(xì)胞向前運(yùn)動。精子用鞭毛游動，水的慣性可以忽略，其水動力正比于精子的相對游動速度。原生動物在液體中運(yùn)動，其所受阻力可以根據(jù)計(jì)算流場中小顆粒的阻力公式(斯托克斯定律)得出。
此外，空氣動力學(xué)的原理與方法常用來研究動物的飛行。飛機(jī)和飛行動物飛行功率由兩部分組成：零升力功率和誘導(dǎo)功率。前者用來克服邊界層內(nèi)的空氣粘性阻力；后者用來向下加速空氣，以提供大小等于飛機(jī)或飛行動物重量的升力。鳥在空中可以通過前后拍翅來調(diào)節(jié)滑翔角度，這與滑翔機(jī)襟翼調(diào)節(jié)的作用一樣。風(fēng)洞已用于研究飛行動物的飛行特性，如禿鷲、蝙蝠的滑行性能與模型滑翔機(jī)非常相似。
運(yùn)動生物力學(xué)是用靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的基本原理結(jié)合解剖學(xué)、生理學(xué)研究人體運(yùn)動的學(xué)科。用理論力學(xué)的原理和方法研究生物是個(gè)開展得比較早、比較深入的領(lǐng)域。
在人體運(yùn)動中，應(yīng)用層動學(xué)和動力學(xué)的基本原理、方程去分析計(jì)算運(yùn)動員跑、跳、投擲等多種運(yùn)動項(xiàng)目的極限能力，其結(jié)果與奧林匹克運(yùn)動會的記錄非常相近。在創(chuàng)傷生物力學(xué)方面，以動力學(xué)的觀點(diǎn)應(yīng)用有限元法，計(jì)算頭部和頸部受沖擊時(shí)的頻率響應(yīng)并建立創(chuàng)傷模型，從而改進(jìn)頭部和頸部的防護(hù)并可加快創(chuàng)傷的治療。
人體各器官、系統(tǒng)，特別是心臟—循環(huán)系統(tǒng)和肺臟—呼吸系統(tǒng)的動力學(xué)問題、生物系統(tǒng)和環(huán)境之間的熱力學(xué)平衡問題、特異功能問題等也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。生物力學(xué)的研究，不僅涉及醫(yī)學(xué)、體育運(yùn)動方面，而且已深入交通安全、宇航、軍事科學(xué)的有關(guān)方面。
中國的生物力學(xué)研究，有相當(dāng)一部分與中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)結(jié)合。因而在骨骼力學(xué)、脈搏波、無損檢測、推拿、氣功、生物軟組織等項(xiàng)目的研究中已形成自己的特色。
進(jìn)行生物力學(xué)的研究首先要了解生物材料的幾何特點(diǎn)，進(jìn)而測定組織或材料的力學(xué)性質(zhì)，確定本構(gòu)方程、導(dǎo)出主要微分方程和積分方程、確定邊界條件并求解。對于上述邊界問題的解，需用生理實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。若有必要，還需另立數(shù)學(xué)模型求解，以期理論與實(shí)驗(yàn)相一致。
其次作為實(shí)驗(yàn)對象的生物材料，有在體和離體之分。在體生物材料一般處于受力狀態(tài)(如血管、肌肉)，一旦游離出來，則處于自由狀態(tài)，即非生理狀態(tài)(如血管、肌肉一旦游離，當(dāng)即明顯收縮變短)。兩種狀態(tài)材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異較大。
生物力學(xué)的研究要同時(shí)從力學(xué)和組織學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)等兩大方面進(jìn)行研究，即將宏觀力學(xué)性質(zhì)和微觀組織結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，因而要求多學(xué)科的聯(lián)合研究或研究人員具有多學(xué)科的知識。