La Regia Scuola si ispira prevalentemente alla Scuola delle Costruzioni e delle Macchine navali del Politecnico di Berlino, ma trae alcuni spunti anche da altre istituzioni, quale la Scuola di Kensington, il modello per la creazione di due sezioni didattiche:

• l’indirizzo triennale per esercitare la professione di ingegnere navale e di ingegnere idrografico;
• l’indirizzo biennale per conseguire il titolo di professore di costruzioni navali, di astronomia nautica e di navigazione.

Entrambi i percorsi di studio, oltre a comprendere le materie caratterizzanti le scuole navali, prevedono anche insegnamenti, quali lettere italiane, inglese, diritto marittimo ed economia industriale con l'intento di creare una classe dirigente, dotata di una cultura generale di buon livello.
Gli obiettivi formativi della Scuola riflettono una concezione di uomo colto, come è esemplificato dal brano tratto dal discorso d’inaugurazione del Ministro Castagnola: “[...] mal si avvisa chi scorge nel tecnico insegnamento un nemico, un rivale delle classiche discipline. [...] Gli studi tecnici non sono, per così dire, che la conseguenza dei classici, sono il portato del gran principio della division del lavoro, di quel principio che c’insegna come non si raggiunga la perfezione se non limitando il campo della nostra operosità e valendoci dei mezzi più acconci allo scopo.”
In una scuola finalizzata alla formazione di ingegneri non si può naturalmente prescindere da laboratori di tipo pratico. Quando l’istituzione viene collocata in via Balbi, è Cabella stesso a denunciare la mancanza di strutture idonee a impartire insegnamenti pratici. Nella successiva sede nel palazzo dell’Ammiragliato gli studenti hanno a disposizione per le esercitazioni alcune officine (falegnameria, fonderia, tornitura e fucinatura).
Nel corso degli anni vengono aperti il laboratorio di chimica (1883), di elettrotecnica (1896), di architettura navale, di meccanica applicata (1905), di macchine termiche (1910).
Il laboratorio di architettura navale, costituitosi tra il 1900 e il 1905 possiede fin dai suoi inizi una collezione di modelli di navi e di parti strutturali, ancora conservati in parte presso la Scuola Politecnica, apparecchi meccanici di calcolo e varia strumentazione, come il pallografo di Schlick, il navipendolo di Russo. Solo nel 1924 verrà costruita nella nuova sede di Villa Cambiaso la vasca navale di tipo Froude.
Per approfondire la didattica è stato ideato un percorso tematico dedicato.