Innovative Multi-Material-Bauweisen unter Verwendung von faserverstärkten Thermoplasten und Leichtmetallen können große Kosten-, Gewichts- und Funktionspotentiale gegenüber klassischen Bauweisen bieten. Den Schlüssel für deren Erschließung stellen werkstoffgerechte Fügetechniken dar. Das ultraschallunterstützte thermische Direktfügen ist ein solches Fügeverfahren und ermöglicht sehr kurze Fügedauern mit lokal begrenztem Energieeintrag. Dadurch lässt sich das Verfahren auch in temperaturempfindlichen Bereichen einsetzen und es können eigenspannungsarme Verbindungen realisiert werden. Um den Fügeprozess und die resultierenden Verbindungseigenschaften zu verstehen, ist ein holistischer Ansatz von Nöten, der in dieser Arbeit verfolgt wird. Neben der Laservorbehandlung des Metallfügepartners und dem Einfluss der Grenzfläche zwischen Metall und Kunststoff auf die Verbindungsfestigkeit werden die zentralen Einflussgrößen auf die Verbindungsbildung untersucht. Der kombinierte Energieeintrag stellt hier die zentrale Größe dar und ermöglicht einen robusten, flexiblen Prozess, der mittels Prozessdatenüberwachung online geregelt werden kann. Für eine durchgängige, digitale Bauteilauslegung wird zudem ein Ansatz zur Abbildung der direktgefügten Verbindung mittels Kohäsivzonenmodell betrachtet.