机械结构工程师需要掌握以下理论知识：

1. 机械设计基础：包括机械设计的基本原理、机械元件的设计、机械运动学和动力学等。

2. 材料力学：包括材料的力学性质、材料的强度和刚度、材料的疲劳寿命等。

3. 结构力学：包括静力学、动力学、弹性力学、塑性力学等。

4. 热力学：包括热力学基本原理、热力学循环、热力学效率等。

5. 流体力学：包括流体的性质、流体的运动规律、流体的压力和速度分布等。

6. 控制理论：包括控制系统的基本原理、控制系统的稳定性、控制系统的性能等。

7. 数学知识：包括微积分、线性代数、概率论与数理统计等数学知识。

8. 计算机辅助设计：包括计算机辅助设计软件的使用、计算机辅助制造技术等。

以上是机械结构工程师需要掌握的基本理论知识，还需要不断学习和更新知识，以适应不断变化的工作需求。