為達成課程總目標，依各期程特質採取多元課程方案，分為三期程：小將孕育期、 騎士成長期、大將展翼期。
（1）小將孕育期
錄取報到後至同年九月開學前，期間將進行一系列銜接課程與講座，以提升學生先備能力，利於銜接高中課程，依語言表達與應用、科學素養、科學方法、基礎實驗能力與學科素養等五項領域，根據教師專長與意願，開設如下課程：
（2）騎士成長期
高一及高二兩年，為科學班第一階段課程，在此階段中學生必須修畢以高中課綱為主的數理加速課程，並加強基礎實驗能力，冀能為修讀專題研究奠立基礎。
實驗能力是研究方法的重要基礎，除延續銜接時期的基礎實驗外，物理、化學與生物各科依課程綱要進行實驗，並加以延伸擴展，且適時安排至大學體驗進階實驗課程。基礎實驗是每學期皆強調的訓練，從高一上開始至高二開設「實驗能力訓練課程」，按物理、化學、生物分科總計三學分，在合作大學的協助下，安排自然學科的各項實驗，培養學生科學方法、基礎實驗技能及解決問題的能力，使其具備獨立研究先備能力，俾能應用於專題研究及高三個別科學研究課程中。此外，亦能依專長及興趣通過甄選後，參加各學科所開設的能力競賽培訓課程，透過數理競賽，精進學科專業，相關進程如下表：
高一上開設「研究方法」課程，廣邀各領域專家到校演講，分享研究與學習經驗，介紹其研究領域中可供高中生參與的研究議題，或該領域中最新的研究或趨勢，以拓展視解。此外在課程中，學生須了解研究進程與方法，探索可行的研究方向，能找尋可用資源，確立專題研究分組並選定大學端指導教授。
高一下學期起，依學生興趣分成物理、化學、數學、生物、地球科學五大領域至大學進行為期一年半的「專題研究」，聘請專業教授指導，協助擬定並執行研究計畫，希望透過此學程，培養正確科學研究態度與團隊合作精神，提升學生未來獨立研究之能力。研究期間由大學端教授與高中端教師共同指導，每位同學須建立完整的專題研究歷程檔案，高二上及高二下期初應對研究進度做公開口頭報告，於課程結束後舉辦專題研究成果發表會，展現學習成果。
科學班在提升科學素養方面，注重完整的科學聽、說、讀、寫能力，並強化科學英文閱讀與口說能力。在科學領域的閱讀理解課程中引入科普作品的導讀，並透過各學科合領域教學的方式，促進學生反思科學與社會的關係，喚起科學人對社會議題的關懷，更利用提問、回應與辯論的方式，檢視觀點，藉由一系列活動培養學生「溝通」、「表達」、「團隊合作」、「探究」以及「論證」能力。除了科普文章的閱讀之外，閱讀理解也應用在專業領域的思辨與專題研究問題尋找上，同時也應用在表達其立場論點、分享研究結果與促進國際交流上。
利用學期中或寒、暑假時間不定期實施「開放式課程」，進行方式以討論為主，培養學生自我學習的能力、教導學生建構個人思路。本課程旨在促進學生養成使用開放式課程的習慣，積極利用此種學習管道自我檢視及進階學習。教師透過對話協助學生形成問題思維，透過提問並建構個人思路，以期藉由討論與師生言談互動中激盪出合於邏輯與科學思維的理路，並在課程結束之後，能引起自發性的、個人式的後續深入研究。部分課程中，亦邀請該「開放式課程」的主講者蒞校，當面和本校教師與同學互動，親炙研究者的思索進路，進行更深入的解說，並回答師生的提問。
依上述論述，依語言表達與應用、科學素養、科學方法、基礎實驗能力、學科素養等五大方向，按時間順序與期程，彙整如下：
（3）大將展翼期
科學班學生於高二升高三暑假時，須參加「全國科學班聯合學科資格考試」通過後，始得修讀第二階段學程，並於第二階段學程繼續修習國文和英文兩科。此外依其能力和興趣，應至大學修習第二學程，至少須選修一門國立臺灣師範大學或國立陽明大學開設的數學與自然科學課程，或邀請合作大學教授至本校講授大學程度的數學與自然科學課程。
高三階段為驗收期，除檢視數理加速課程的學習成效，同時也驗收專題研究的成果。高三上學期須彙整前三學期之專題研究成果，進行公開成果發表，並須延續高二專題研究，深入或延伸研究成果，並聘請具學術聲望之大學教授或研究機構專家指導修習個別科學研究課程，並完成個別科學研究歷程檔案。
此外，學生雖然通過全國科學班聯合學科資格考試，在升學進路未暢通之前，仍需參加學測或指考，此階段可說是時間管理、抵抗壓力的最好訓練期。
