南加州大學航空航天與機械工程系（Department of Aerospace and Mechanical Engineering，縮寫：AME）研究生階段開設有以下學位項目，分別是：
機械工程理學碩士（Master of Science in Mechanical Engineering）：為期1-2年，共需修讀27個學分，要求申請者本科畢業，擁有工程、數學或理科專業背景，研究生院要求本科GPA3.0以上，尤其對與機械工程相關的本科課程GPA要求較高，要求遞交GRE成績，但未設定有最低分數要求。該項目設有以下3個專業方向可供學生選擇，分別是熱力學與流體科學、工程設計、力學與材料。
機械工程理學碩士（能源轉化方向）（Master of Science in Mechanical Engineering - Energy Conversion）：該項目作為可持續基礎設施系統項目（Sustainable Infrastructure Systems program）的一部分，有助於為現代基礎設施建設在智能系統設計、以及基礎設施工程決策和施工管理上提供有效直接的幫助。項目為期1-2年，共需修讀27個學分，要求申請者本科畢業，擁有工程、數學或理科專業背景，修讀過2年的包括微分方程在內的大學數學課程，以及1年的工程物理或電子工程（含實驗）課程，建議修讀過1門電路理論課程、1門計算機科學課程或掌握高水平程式語言，以及1門生物和化學（含實驗）課程，研究生院要求本科GPA3.0以上，尤其對與機械工程相關的本科課程GPA要求較高，要求遞交GRE成績，但未設定有最低分數要求。
產品開發工程理學碩士（Master of Science in Product Development Engineering）：產品開發工程碩士設有以下2個專業方向，分別是產品開發系統（Product Development Systems，縮寫：PDS）和產品開發技術（Product Development Technology，縮寫：PDT），兩者對學生的培養方向不同，前者旨在培養學生成為產品開發經理，後者旨在從專業技術領域培養學生成為產品開發工程師。該項目屬交叉學科項目，由航空航天與機械工程系和丹尼爾工業系統工程系共同開設，並由航空航天與機械工程系主導和管理，儘管該項目以授課為主，但學生可選擇是否撰寫論文。為期1-2年，共需修讀27個學分，要求申請者本科畢業，擁有工程、數學或理科專業背景，研究生院要求本科GPA3.0以上，尤其對與產品開發工程相關的本科課程GPA要求較高，要求遞交GRE成績，但未設定有最低分數要求。
航天工程理學碩士（Master of Science in Aerospace Engineering）：為期1-2年，共需修讀27個學分，要求申請者本科畢業，擁有工程、數學或理科專業背景，研究生院要求本科GPA3.0以上，尤其對與航天工程相關的本科課程GPA要求較高，要求遞交GRE成績，但未設定有最低分數要求。該項目不要求申請者選擇專業方向，但學生可從以下研究領域選擇至少2個方向進行學習，分別是：航天動力學/流體動力學；航空控制；航空航天設計；航空航天結構；計算流體動力學；推進。
航空航天與機械工程理學碩士（計算流體學與固體力學方向）（Master of Science in Aerospace and Mechanical Engineering - Computational Fluid and Solid Mechanics）：該項目主要研究對象為固體力學、流體力學和熱傳導。為期1-2年，共需修讀27個學分，要求申請者本科畢業，擁有工程、數學或理科專業背景，研究生院要求本科GPA3.0以上，尤其對與航天工程與機械工程相關的本科課程GPA要求較高，要求遞交GRE成績，但未設定有最低分數要求。
航空航天與機械工程理學碩士（動力學與控制方向）（Master of Science in Aerospace and Mechanical Engineering - Dynamics and Control）：該項目旨在培養複雜實時演化系統的建模、分析、仿真與控制人才，研究內容包括高等分析動力學、非線性動態系統、線性與非線性動力與震動，以及線性與非線性控制。為期1-2年，共需修讀27個學分，要求申請者本科畢業，擁有工程、數學或理科專業背景，研究生院要求本科GPA3.0以上，尤其對與航天工程與機械工程相關的本科課程GPA要求較高，要求遞交GRE成績，但未設定有最低分數要求。