תואר דוקטור (PhD), הוא התואר האקדמי הגבוה ביותר המוענק בטכניון לאחר השלמת עבודת מחקר בהיקף משמעותי ולאחר הגעה לרמה מקצועית המאפשרת פעילות מחקרית עצמאית ברמה גבוהה.
הלימודים לתואר דוקטור לפילוסופיה נמשכים בין שלוש לארבע שנים ובדרך כלל מחייבים הקדשת זמן מלא בטכניון. הסטודנטיות/ים מקדישים את זמנם בעיקר למחקר, ומשתתפים בסמינרים על נושאים מתקדמים ובקורסים על פי תכנית לימודים אישית. בתום השנה הראשונה להשתלמותם הם נדרשים להגיש הצעת מחקר ("תיאור תמציתי") על נושא מחקרם ולעבור את בחינת המועמדות. בבחינה זו עליהם להוכיח את יכולתם לבצע מחקר עצמאי ומקורי בנושא שבחרו. בשנה האחרונה להשתלמותם על הסטודנטיות/ים להציג את עבודתם בסמינר פקולטי, להגיש את החיבור על מחקרם ולעמוד בבחינת הגמר הנערכת בעל-פה.
משך השתלמות לתואר דוקטור הוא עד 12 סמסטרים.
ככלל, דוקטורנטיות/ים נדרשים להקדיש את מלוא זמנם למחקר. יחד עם זאת, במקרים חריגים, ישקל להינתן אישור להמשיך לעבוד במקביל ללימודים, ובלבד שהמועמד/ת יכולים להקדיש לפחות שלושה ימים בשבוע למחקר (כולל סופ"ש, אם רלוונטי לאופי המחקר).
לצורך האישור יש להגיש מכתב אישי המתאר כיצד תשתלב העבודה עם הלימודים. המכתב צריך להיות מאושר על-ידי המנחה המיועד/ת.