Materiaalitutkimuksen ja nanotieteiden ohjelman opinnoissa perehdytään syvällisesti omaan erityisalaan, mutta hankitaan myös laaja näkemys materiaalitutkimuksesta yleisemmin. Käytettävät tutkimusmenetelmät ovat sekä kokeellisia että laskennallisia. Ohjelma on laaja-alainen mikä mahdollistaa yksilöidyt opintokokonaisuudet. Tohtoriohjelmassa on mukana tutkimusryhmiä fysiikasta, kemiasta ja farmasiasta. Tohtorin tutkinto voidaan suorittaa kokeellisessa materiaalifysiikassa, epäorgaanisessa materiaalikemiassa, farmaseuttisessa kemiassa, nanotieteissä, polymeerimateriaalien kemiassa, molekyylispektroskopiassa, biofysiikassa, lääketieteellisessä fysiikassa, laskennallisessa materiaalifysiikassa, laskennallisessa materiaalikemiassa, elektroniikassa ja teollisissa sovelluksissa. Väitöskirjat tehdään pääsääntöisesti edellä mainittujen alojen tutkimusryhmissä mikä takaa yksilöllisen ohjauksen. Tutkimusryhmien tarkempi kuvaus löytyy koulutusohjelman ja eri laitosten verkkosivuilta.
Tohtorin tutkinnon suorittaneella on laaja-alaista tiedeviestinnän osaamista. Tohtorikoulutus kehittää tohtorikoulutettavan viestintätaitoja, jotta he voivat toimia vaativissa, monialaisissa tutkimus- ja asiantuntijatehtävissä kotimaassa ja kansainvälisissä ympäristöissä. Tohtorikoulutuksen aikana tohtorikoulutettavalle muodostuu vastuullisen ja itsenäisen tutkijan ja asiantuntijan valmiudet. Ohjelma valmistaa tohtorikoulutettavat uriin tutkimuksessa, asiantuntijatehtävissä ja muualla, niin yliopisto- kuin yritysmaailmassa.