本博士班整合本院數學、物理及化學等三系在材料科學研究上的人力與資源，聚焦於各種新穎材料研究，進行跨領域合作，並培養具綜合視野、跨領域及符合時代潮流之研究人才。整合傳統理學院各系所領域之重點課程及訓練，建成一個特色明顯，有別於傳統理學院研究所的機構。於材料科學相關的研究，提供跨領域、多樣性並有所專精之訓練，為產業及學術界培養新型人才。

本院之數學、化學兩系成立於1958年，物理系成立於1963年，三系均設有大學部、碩士班和博士班，是國內成立理學院最早的學校之一，曾經在1975年教育部主辦的教學評鑑三系分別獲得與台大和清華並列優等的殊榮。104學年度新增設「理學院尖端材料科學學士學位學程」，以目前奈米材料產業趨勢結合理論與應用課程，培養未來奈米科技尖端人才。