沈元学院是北航最早设立的拔尖创新人才培养改革基地，入选北京市人才培养模式创新试验区。以我国航空航天高等教育事业开拓者、著名空气动力学家、北航名誉校长、中国科学院资深院士沈元先生，冠名“沈元荣誉学院”。
2022年起，统筹高等理工学院、未来空天技术学院、国家卓越工程师学院，承担基础学科拔尖学生培养计划、未来技术学院、工程硕博士培养改革专项试点等国家级拔尖人才培养改革任务。坚持“厚植情怀、强化基础、突出实践、科教融通”的人才培养方针，加强数理基础和人文素养，注重学科交叉和本博贯通，汇聚校内外优质教学科研资源，聘请院士、总师、国家级名师和知名学者等担任学生导师，培养矢志空天报国、德智体美劳全面发展、具有杰出科学家和卓越工程师潜质的创新型领军领导人才，探索新时代拔尖创新人才自主培养的“北航范式”。
高等理工学院
北航高等理工学院（原高等工程学院）创办于2002年9月，2006年起设立博士生班（简称“高博班”）。2011年起承载教育部“基础学科拔尖学生培养计划”（简称“拔尖计划”）。建院以来，始终坚持“强化基础、突出实践、重在素质、面向创新”的教育方针，全面实施导师制、书院制、小班化、个性化、国际化育人模式，在本科生和博士生培养方面推行了一系列卓有成效的改革，开创了一条符合人才成长规律、适应创新人才发展的拔尖人才培养道路，培育了一大批具有远大理想、高尚情怀、国际化视野和一流竞争力的创造型人才和学术领军人才，打造了北航高素质领军领导人才培养的“第一品牌”，赢得了教育界的广泛关注和良好的社会声誉。
学院目前拥有空天力学、计算机科学、华罗庚数学、物理学、化学5个“拔尖计划”2.0基地，与航空科学与工程学院、计算机学院、数学科学学院、物理学院、化学学院共同建设，建设了学校首批四个理工双学士学位复合型人才培养项目（简称“双学士学位项目”）。遵循基础学科拔尖人才成长规律，按照“扎实基础、理工融合、科教融汇、特色发展”总原则，培养在国家重大工程领域解决科学问题的未来杰出自然科学家。
院士领衔高水平育人师资团队，开设名家精品课、大师讲座课、微型研讨课，面向全校理工科专业选聘学生导师，实施团队化和本博贯通式长周期指导，实现拔尖学生全员参加科研创新活动。实施“国际化拔尖创新人才培养计划”，引进全球超一流高校前沿学术领域的知名教授课程和科研训练项目，邀请国际师资举办国际暑期学校、支持学生海外访学，实现拔尖学生国际化培养全覆盖。实行多元评价、动态流转，各阶段学制弹性、均设出口。原则上前三年内，完成培养方案相应要求且所有环节考核合格，可以获得推荐免试研究生资格、申请攻读博士。原则上八年内，达到毕业要求、符合学位授予条件，根据学科门类授予博士学位。
【空天力学拔尖学生培养基地】
面向空天科技领域对力学拔尖人才的需求，依托北航力学和航空宇航科学与技术两个国家一流学科和工程力学国家一流专业建设点，集结基础力学国家级教学团队、国家工科基础课程教学基地（力学）、国家级航空航天实验教学中心、强度与结构完整性国家实验室、国家外专局空天多尺度力学与热力学111引智基地等优势教学、科研、国内外合作平台资源，培养继承“两弹一星”精神，具备“力学善行、原始创新、交叉辐射、引领空天”特质，具有卓越的科学洞察能力、自主创新能力、终身学习能力、批判思维能力和跨文化交流能力，致力于研究空天力学基础和前沿问题的应用力学家。
*本科专业：工程力学（含“信息与计算科学-工程力学”双学士学位项目）
*校区：（2024级本科生）沙河校区
【计算机科学拔尖学生培养基地】
面向计算机领域挑战性基础理论与卡脖子关键技术等国家战略需求，依托计算机科学与技术、软件工程两个“双一流”学科，充分利用软件开发环境国家重点实验室、虚拟现实技术与系统国家重点实验室等优势资源，培养具有坚实的数理基础、专业理论与工程能力，具有强烈使命感、思辨能力、协作精神及创新意识，具有良好的人文素养、国际视野并关注人类与社会，能逐步成长为计算机相关学科的创新人才，并跻身国际一流学者队伍或在产业内发挥引领作用。
*本科专业：计算机科学与技术
*校区：（2024级本科生）学院路校区
【华罗庚数学拔尖学生培养基地】
面向数学前沿和战略高科技领域的重大基础性和应用性问题，特别是航空航天领域的国家重大需求，由院士和国家级教学名师牵头，整合北航与中国科学院的优质师资，发挥教育部首批虚拟教研室——数学拔尖学生培养模式改革（华罗庚数学实验班）虚拟教研室优势，培养具有坚实数理基础、能够解决重大数学问题和引领时代发展的数学领军领导人才，培养具有空天报国的理想信念、深厚扎实的数理基础、交叉融合的学科背景、开放广阔的全球视野的高素质、复合型创新人才。
*本科专业：数学与应用数学（含“数学与应用数学-计算机科学与技术”双学士学位项目）
*校区：（2024级本科生）沙河校区
【物理学拔尖学生培养基地】
以国家重大战略需求为导向，依托国家创新引智基地、国际交叉研究中心等综合平台，发挥空间物理、量子物理、信息物理、能源物理等顶尖学科优势，培养厚植空天报国情怀、探索物理学科前沿的使命担当，充分激发学术志趣和内在动力，培养具备坚实理论基础、出色实践与创新能力、宽广国际视野、勇攀科学高峰精神和应对人类未来重大挑战能力的未来物理学术大师和交叉学科领军人才。
*本科专业：物理学（含“物理学-微电子科学与工程”双学士学位项目）
*校区：（2024级本科生）沙河校区
【化学拔尖学生培养基地】
面向国家重大战略需求、未来社会与科技发展需要以及化学学科国际前沿问题，以院士、国家级人才、教学名师为骨干，加强化学学科与北航材料科学与工程、航空宇航科学与技术等学科的融合，依托仿生智能界面科学与技术教育部重点实验室等国家级和省部级科研教学平台，并与中国科学院理化所、国家纳米科学中心共同打造高端科教协同育人平台，培养具备坚实的学科基础理论和全面的实践技能，具有独立思考、创新精神、国际视野，解决卡脖子关键技术化学问题的拔尖人才以及未来引领化学交叉前沿领域的化学家。
*本科专业：化学（含“化学-能源与动力工程”双学士学位项目）
*校区：（2024级本科生）沙河校区
未来空天技术学院
北航未来空天技术学院成立于2021年7月，是全国首批12所未来技术学院之一。
聚焦空天领域国家重大需求和人类发展需要，瞄准未来10-15年的前沿性、革命性、颠覆性技术发展，坚持创新驱动，按照面向大领域、融入大工程、汇聚大先生、贯通全周期、重塑全链条的建设模式，实施“课程-项目双螺旋”培养体系，厚植空天报国情怀，强化空天信融合，深化科教融通、产教融合，打造教学科研“双高地”，探索高等工程教育新范式，培育未来具有深厚科学素养、引领空天科技发展的技术原创人才和卓越工程师。
面向未来航空、航天技术发展趋势以及共性科学问题和关键技术突破需求，在引领科技革命趋势的未来空天飞行器技术、服务人类发展需求的未来空天工程与应用、支撑国家空天战略任务的未来空天基础科学与技术等方向，汇集了来自50余家企业院所和校内相关专业学院的双导师团队伍，提供了源自国家重点研发计划、国家自然科学基金等重大项目及探月工程四期、国际月球科研站等重大工程中的真实问题，通过新生探索、进阶探究、高阶挑战、创新研究4大项目模块，实现有梯度、持续性的工程实践育人。通过全球选聘教学名师、加强教学组织建设，吸引了来自国内外一流高校和科研机构的100余名高水平师资，开设名家精品课、大师讲座课。首任院长、中国探月工程总设计师吴伟仁院士领衔，十余位院士联袂打造“未来空天技术导论”特色通识课程，有力支撑学生根据个人兴趣和项目需求选择学习，自主构建面向未来的知识和能力结构。与国外多所顶尖高校和研究机构合作，开展国际课程、假期学校、科研实习等交流项目，全面提升学生的全球胜任力。
实施八年制本博贯通、定制化学研一体，彻底打破学科专业壁垒。面向全校航空航天与信息深度融合的优势学科专业，根据双导师团的学科领域确定研究方向和博士毕业专业，根据个性化培养方案的达成度确定本科阶段专业。实行多元评价、动态流转，各阶段学制弹性、均设出口，切实选拔并培养真正有志向、有能力深耕未来空天技术领域关键问题的学生。原则上前三年内，完成培养方案相应要求且所有环节考核合格，可以获得推荐免试研究生资格、申请攻读博士。原则上八年内，达到毕业要求、符合学位授予条件，根据学科门类授予博士学位。毕业颁发校级荣誉教育证书。
*本科专业：实行打破传统学科专业壁垒的多学科交叉、空天信融合超常规培养，本科专业依据培养方案达成度确定，范围包括：智能飞行器技术、智能感知工程、智能制造工程、空天智能电推进技术、飞行器设计与工程、飞行器动力工程、材料科学与工程、交通运输（民航信息工程）、智慧交通、人工智能、网络空间安全、空间科学与技术。
*校区：（2024级本科生）学院路校区入学，根据学校两校区布局和学生培养需要进行动态调整。
国家卓越工程师学院
国家卓越工程师学院（北航）成立于2022年，是全国首批18个（高校10家、企业8家）国家卓越工程师学院之一。
卓越工程师是国家战略人才力量的重要组成部分。学院围绕国家战略需求、聚焦产教深度融合，系统搭建校企协同育人的新型产学研平台，着力实现办学方式、培养目标、评价标准“三个根本转变”。通过强化校企协同机制、强化优质生源供给、强化导师队伍建设、强化关键要素再造、强化评价标准重构，全面推进校企共同招生、共同培养、共同选题、共享成果和师资互通、课程打通、平台融通、政策畅通，加快培养爱党报国、敬业奉献、具有突出技术创新能力、善于解决复杂工程问题的科学家式卓越工程师。
坚持把爱国情怀作为首要准则、把创新能力作为核心素养、把实践能力作为基本要求，教育引导学生厚植情怀、扎实基础、强化横向交叉链能力和纵向创新链能力。校企联合制定培养方案、建强核心课程体系，建设高水平的校企导师组和类企业级的工程师技术中心，实行一生一组、工学交替的培养模式，深化工程硕博士评价标准改革，打造工程教育改革和产教联合培养的“样板间”。
