学校围绕“服务国家经济社会发展战略”的办学使命，建立学院专业能力培养—书院综合素质培养结合、学—研结合、学—创结合的人才培养机制，注重培养学生“立志、成才、报国、裕民”的社会责任感，具备扎实的科学技术背景和创新创业意识，深入了解中国传统文化和国情，同时具有国际视野，成长为从事科学发现、高技术创新与新兴产业创业的拔尖人才。

本科生培养遵循“宽口径、厚基础、小规模、国际化”的原则，突出“通（通才教育）、专（专业人才）、新（创新创业）”的特色，建立了由专业教育、通识教育、个性化教育构成的本科培养体系，专业课程体系和标准与世界一流大学接轨，选用国际经典教材；所有本科生必修数、理、化、生、工程，打下坚实理工科基础；加强中华文明、世界文明、科技文明教育，注重创新创业教育。学校为每位本科生配备导师，在学习生活、创新实践、生涯规划等多方面为学生提供指导。学校注重将创新实践融入培养全过程：2016年，全体2015级本科生前往全国8省/自治区开展暑期社会实践活动,全体2014级本科生前往79家企业和园区开展暑期产业实践活动,近30%的大二大三本科生在学院/研究所实验室参与科研实践活动。学校致力于构建国际化的学习环境，为优秀学生提供充足的海外学习交流机会：2016年85名本科生赴加州大学伯克利分校、芝加哥大学、意大利帕多瓦大学进行暑期课程学习和交流，首批本科生赴哈佛大学、麻省理工学院进行一学期或一学年的专业课程学习和交流。
研究生培养以学术型博士为重点，兼顾一部分应用型硕士。自2013年成立以来，依托中科院上海分院各研究院所开展研究生培养，首届（2013级）118名中科院联培硕士研究生已顺利毕业，整体就业升学率100%。学校已获教育部批准，将结合上海科创中心建设以及上海市教育综合改革，从2017年起在7个一级学科独立招收和培养硕士和博士研究生。

学校瞄准物质科学与技术、生命科学与技术和信息科学与技术的前沿领域同时开展教授个体科研和围绕重大目标的团队科研，推动学科交叉融合、大学与国家级科研机构融合，构建科技进步驱动产业发展的完整创新价值链，针对国家在转型发展过程中所面临的一系列严峻挑战，探索基于科技创新的解决方案。目前，物质、信息、生命、创管学院以及免疫化学研究所、iHuman研究所已制定了学科/平台建设规划，常任教授、科研人员正陆续到位，截至2017年5月已建立133个研究组，科研工作全面开展，截至2017年5月，学校科研人员共参与发表科研论文1120篇，其中上科大为第一单位373篇，“成功解析人源大麻素受体三维结构”等高水平科研成果开始涌现。学校全力推进科技与教育的融合，参与中科院牵头的国家级科研项目，与中科院相关院所建立联合实验室开展全面科研合作，2016年8月超强激光光源联合实验室实现5拍瓦（1拍瓦=1千万亿瓦）激光脉冲输出，达到国际领先水平。学校积极推动科教与产业的融合，与多家国内外高科技企业开展产学研合作，技术成果转移转化取得一系列进展。