La formation est dispensée en quatre ans. Les deux premières années, les matières enseignées sont la physique (optique, électromagnétisme, ondes et acoustique, physique quantique, théorique et statistique, mécanique des fluides et des solides, etc.) et la chimie (chimie analytique, chimie organique et inorganique, matière molle, chimie des polymères etc.) ainsi que la biologie (neurobiologie et physiologie). En troisième année, les étudiants choisissent une matière dominante : physique, physico-chimie ou chimie. La quatrième année est une année d'application permettant d'effectuer un master ou un mastère en France et à l'étranger (Imperial College, ETH Zurich, MIT, Université de Cambridge) ou de compléter sa formation dans une école partenaire (HEC, IEP Paris, Mines ParisTech, IFP school, Supoptique) ou à la faculté de médecine. L'école a développé un partenariat de recherche et d'échange d"étudiants avec l'Université Doshisha de Kyoto au Japon et l'université de Pékin et l'université Tsinghua en Chine.
Pluridisciplinarité
L'école a une tradition d'enseignement généraliste scientifique en physique et en chimie. Depuis 1995, les élèves bénéficient également d'une formation de base en biologie.
L'école accorde une grande importance au travail expérimental. Les élèves passent environ la moitié de leur scolarité dans les laboratoires de l'école. Les élèves ont également plusieurs heures de préceptorat par semaine tout au long de leur scolarité. Le préceptorat, inspiré du tutorat anglais, est un travail de réflexion et d'approfondissement par groupe de 4 élèves avec un chercheur de l'école en complément des cours magistraux.
Stages
Les élèves effectuent un stage industriel de six mois en début de troisième année et un stage de trois mois dans un laboratoire de recherche de l'école.
Professeurs
Professeurs de l'ESPCI ParisTech et professeurs associés
Jérôme Bibette, professeur et directeur du laboratoire LCMD, enseigne la physicochimie des colloïdes, médaille d'argent du CNRS (2000), fondateur de RainDance Technologies, d'Ademtech et de Capsum
Claude Boccara, professeur et directeur du laboratoire d'optique physique, enseigne l'optique, directeur scientifique honoraire, prix Félix Robin de la Société Française de Physique (2006) et Léon Brillouin de la Société française d'optique (2009), fondateur de LLTech
Ulrich Bockelmann, professeur associé et directeur du laboratoire de nanobiophysique, enseigne la biophysique
Liliane Bokobza, professeur, enseigne la spectroscopie, prix Georges Stafford Whitby de l'American Chemical Society (2002), prix Jean Langlois de la recherche (2009)
Christophe Clanet, professeur associé et directeur adjoint du laboratoire d'hydrodynamique de l'École polytechnique, enseigne la mécanique des fluides
Michel Cloitre, professeur associé et directeur de recherche au CNRS, enseigne la matière molle
Janine Cossy, professeur et directrice du laboratoire de chimie organique, enseigne la chimie organique, médaille d'argent du CNRS (1996), prix Jungfleish de l’Académie des sciences (1996) et Grand Prix Achille Le Bel de la Société française de chimie (2009), fondatrice d'Acanthe Biotech et de CDP Innovation
Vincent Croquette, professeur et directeur de recherche à l'ENS Ulm, enseigne le traitement du signal, prix IBM (1990), prix spécial de la Société française de physique (2000), fondateur de PicoTwist
Madeleine Djabourov, professeur, enseigne la rhéologie
Gérard Dreyfus, professeur et directeur du laboratoire d'électronique, enseigne l'électronique, l'automatique, l'apprentissage artificiel et les réseaux de neurones, fondateur et président du chapitre français de la Computer Intelligence Society de l'IEEE, co-fondateur de Netral S.A.
Jean-Louis Halary, professeur, enseigne la chimie des polymères
Marie-Claire Hennion, professeur et directrice du laboratoire de chimie analytique, enseigne la chimie analytique, prix de la Royal Chromatography Society, Grand Prix Achille Le Bel de la Société française de chimie (2010)
Michel Laguës, professeur et directeur de l'espace Pierre-Gilles-de-Gennes, enseigne les phénomènes invariants d'échelle
Nicolas Lequeux, professeur, enseigne la structure des matériaux cristallins
Jérôme Lesueur, professeur et directeur du laboratoire Photons et matière, enseigne la physique quantique
Jacques Lewiner, professeur et directeur du laboratoire d'électricité général, enseigne la physique du solide, directeur scientifique honoraire, membre de l'Académie des technologies, fondateur d'Inventel, de Roowin, de Cynove et de Finsécur
Élie Raphaël, professeur associé et directeur du laboratoire Gulliver, enseigne les mathématiques, médaille de bronze du CNRS (1992)
Jean Rossier, professeur, enseigne la biologie, prix Lacaze de l'Académie des sciences, grand prix Claude-Bernard de la ville de Paris, membre de l'Académie des sciences, fondateur de Genescore
Patrick Tabeling, professeur, enseigne la microfluidique, président du réseau microfluidique
Henri Van Damme, professeur et directeur scientifique du Laboratoire central des ponts et chaussées, enseigne la physique de la matière divisée, de la matière molle et des interfaces
Francois Volatron, directeur de recherche au CNRS, enseigne la théorie des groupes et la réactivité
Autres chercheurs de l'ESPCI ParisTech
Bruno Andreotti, membre de l'Institut universitaire de France, spécialiste de la physique de la matière granulaire.
Julien Bok, professeur émérite de physique du solide, prix Louis-Ancel de la Société française de physique (1965)
Georges Charpak, professeur associé au laboratoire d'électricité générale, prix Nobel de physique 1992, membre de l'Institut de France
Bernard Cabane, directeur de recherche, membre de l'Académie des sciences
Marc Fermigier, professeur et directeur des études, prix Daniel-Guinier de la Société française de physique
Étienne Guyon, professeur émérite au laboratoire d'hydrodynamique, prix Jean Ricard (1982), ancien directeur de l'École normale supérieure et du Palais de la Découverte
Jorge Kurchan, directeur de recherche du laboratoire d'hydrodynamique, prix Paul Langevin de la SFP (2002), prix Servant de l'Académie des sciences (2005), co-directeur de l’Institut Henri-Poincaré
Ludwik Leibler, professeur et directeur du laboratoire Matière molle et chimie, médaille d'argent du CNRS (1989), membre de la National Academy of Sciences
François Lequeux, directeur de recherche et directeur scientifique de l'ESPCI ParisTech, prix Louis-Ancel de la Société française de physique (2002), médaille de bronze du CNRS
Philippe Monod, directeur de recherche émérite du laboratoire photon et matière, prix Holweck (2005) de la Société française de physique
Miguel Nicolelis, professeur associé de neuroscience, membre étranger de l'Académie des sciences
Pierre Papon, professeur émérite au laboratoire de physique thermique, ancien directeur général du CNRS et de l'IFREMER
Thomas Preat, directeur de recherche du laboratoire Gènes et dynamique des systèmes de mémoire, lauréat de la Fondation pour la recherche médicale et des fondations Schlumberger et Liliane Bettencourt
David Quéré, directeur de recherche du laboratoire d'hydrodynamique, prix Roberval (2007)
François Tournilhac, directeur de recherche au laboratoire matière molle et chimie, médaille de bronze du CNRS (1991)
José Eduardo Wesfreid, directeur du laboratoire d'hydrodynamique physique, prix Edmond-Brun (2007) de l'Académie des sciences
Chaires annuelles de recherche
Les chaires Joliot-Curie, Paris Sciences ou les chaires industrielles financées par Saint-Gobain et Michelin permettent à des chercheurs renommés de travailler dans des laboratoires de l'École durant une année. En 2010, les professeurs David A. Weitz de l'Université Harvard, Paul Chaikin de l'Université de New York sont ainsi titulaires de la chaire Joliot Curie, Daan Frenkel de l'université de Cambridge de la chaire Paris Sciences.