培養內容是實施培養的媒介，主要以課程為載體。為實現培養目標，理科高中的培養內容堅持基礎與拓展相結合，理論與實踐相結合，科學素養與人文精神相結合。
（一） 基礎性課程
與普通高中的課程相比，理科高中的基礎性課程更強調學科的核心知識、基本技能與思維，同時關注人文精神及知識的融會貫通。
1 基礎知識與基本方法技能
理科高中的課程門類以高中教育的基礎學科為主。基礎性課程旨在為學生日後的學業發展打下堅實基礎。這種基礎不僅包含知識基礎，還包含科研實踐的基本研究方法與技能。
課程內容的構建以進行深入學習與研究必備的基礎知識為依據，以各學科的核心概念與知識為主體。具體設計時，課程力求緊密聯係生活實際，例如數學建模強調如何利用數學知識對自然界及人類社會進行分析和建模；物理課程依托生活現象探究原理。
除了在各學科學習中滲透基本研究方法與技能，理科高中還專門設置了相關課程。例如，托馬斯傑弗遜理科高中的《設計與技術》（design and technology）課程旨在幫助學生獲得日後學習與研究所需的基本技能，主要內容有：如何使用測量工具、如何運用工程設計解決問題、如何進行自動化操作及係統項目控製、表達和溝通技能、空間定位以及gis數據技術的運用等。馬塞諸塞州理科高中(massachusetts academy of mathematics and science)的《科學技術寫作課程》（science and technical writing）專攻科技論文撰寫。該課程安排了撰寫技術報告、研究論文、自然短文等大量的練習，強調文章表述的清晰度和吸引力。
2 人文素養
在理科高中的培養理念中，非理科學習對學生的理科學業發展，甚至是未來在科技領域的深造不無裨益。這能促使學生將科學與社會、科學與生活更加緊密地結合起來，加深對科學的理性認識。因此，學校的培養自始至終堅持文理兼顧。
各理科高中一定會在必修或選修科目中開設體育、健康、音樂等課程。畢業要求的總學分中必定包含一定比例的人文及藝術類學科的學分。即使一些理科資優生對於英語、曆史等人文學科不感興趣，學校仍要求他們在這些學科取得優異成績。
理科高中開設的非理科課程十分豐富。英語學科涵蓋了寫作、閱讀、文學以及語言學等方麵的內容。許多學校開設了三門以上的外語印第安納州理科和人文高中（indiana academy for science， mathematics， and humanities）就開設了中文、法語、德語、日語、拉丁語、俄語和西班牙語七門外語。，以滿足學生的發展需求，為其成為未來世界的領軍人物打基礎。學校所設的社科類課程涉及曆史、心理學、社會學等多個領域。為了提高學生的藝術修養，一些學校開設了影視、繪畫、設計、戲劇、陶瓷工藝等課程。
3 整合型課程
現實生活的問題常常錯綜複雜，需要運用跨學科知識才能解決。這對未來科研人員的知識整合和遷移能力提出了挑戰。為此，理科高中強調跨學科學習，並專門開設了整合型課程。
整合型課程分為理科知識整合及文理知識整合兩類。托馬斯·傑弗遜理科高中開設的地理係統（geosystems）和ibet（integrated biology，english and technology）項目課程就分別代表了上述兩類課程。《地理係統》主要研究地球的大氣層、水層、岩石層和生物層之間的結合部位。該課程綜合了生物、化學、物理和數學的內容，要求學生在掌握一定的生物、化學和物理知識的基礎上，運用數學知識解決溫室效應、臭氧減少和生物多樣性銳減等問題。研究過程中，學生借助差異方程式等數學工具，收集、分析數據，對地球熱量的分配、海表運動等進行研究。這有助於培養學生綜合運用理科知識的能力。文理知識整合主要體現為該校一年級的ibet（integrated biology， english and technology）項目課程。這門課程對生物、英語、設計和技術三門課程進行綜合，以生物問題為研究主題，學生利用所學的項目設計與實施的相關技能進行研究，並借助英語學習進行有效交流。該課程實行小組合作學習，用於整合性項目研究的時間約為20%。
此外，在pfeiffer等人（2010, p.27）調查的16所州立寄宿製理科高中之中，37.5%的學校對部分文理課程進行了整合。例如，伊利諾斯州理科高中（illinois mathematics and science academy）的科學史（history of science），路易斯安那州理科和藝術高中（louisiana school for math， science and the arts）的演化、文學與文藝複興的物理（evolution and literature and renaissance physics）以及北卡羅來納州理科高中（north carolina school of science and mathematics）的科學的藝術（art of science）等。
（二） 科研
理科高中極為重視培養學生的科研實踐能力，要求學生大量地體驗科研，參與科研。因此，科研成為學校最突出的課程。