Program Doktor Unggulan FMIPA ITB merupakan program doktor empat tahun yang diperuntukkan bagi lulusan S1 bidang MIPA yang sangat berbakat, memiliki kemampuan akademik yang tinggi, kreatif, dan memiliki motivasi kerja yang baik, serta kemampuan komunikasi yang baik.

Penjaringan calon mahasiswa dilakukan melalui proses penelusuran bakat untuk mendapatkan kandidat dengan potensi terbaik (the best talent). Secara garis besar, program ini terdiri dari 2 tahap, yaitu tahap persiapan (1 tahun pertama) dan tahap pelaksanaan penelitian (3 tahun). Pada tahap persiapan, mahasiswa akan mengikuti beberapa kuliah yang berkaitan dengan topik penelitian yang akan dilakukan, mempelajari teknik-teknik penelitian (research skills) yang diperlukan, melakukan studi literatur mendalam yang berkaitan dengan topik penelitiannya, mematangkan rencana penelitiannya, dan melakukan persiapan atau penelitian awal untuk menjamin kelancaran pelaksanaan penelitian di tahap berikutnya.

Tahap persiapan ini akan ditutup dengan evaluasi (di akhir tahun pertama) untuk menentukan apakah seorang mahasiswa dapat melanjutkan ke tahap kedua yaitu penelitian untuk mencapai gelar doktor. Jika pada evaluasi ini seorang mahasiswa dinyatakan tidak layak untuk melanjutkan ke tahap kedua, maka mahasiswa tersebut akan diarahkan untuk meyelesaikan persyaratan untuk mendapatkan gelar master.

Lembaga pengkajian Pendidikan menyambut positif  merekomendasikan gagasan Program Doktor Unggulan, dan memandang bahwa inisiatif ini sejalan dengan Program S1, S2, dan S3 Terintegrasi yang dicanangkan dalam Rencana Akademik ITB 2011-2015. Program Doktor Unggulan ini dapat menjadi model bagi program sejenis yang akan dikembangkan di Fakultas/Sekolah lain di ITB.