КАУ повністю забезпечує підготовку фахівців і професіоналів за 7-9 рівнями Національної рамки кваліфікацій (НРК): магістрів, докторів філософії та докторів наук, на кафедрах КАУ при ключових інститутах НАН України, що працюють у галузях точних та природничих наук.

Набір магістрів на кафедри проводиться згідно до результатів вступних іспитів, співбесіди та попередньої наукової роботи абітурієнтів. Програма іспитів базується на навчальних програмах бакалаврату КАУ. Кандидати на магістерську програму повинні отримати ступінь бакалавра в області точних або природничих наук в українському університеті, або закордонну ступінь того ж рівня.

Залучення додаткових студентів до магістратури КАУ відбувається шляхом розширення ЗФТШ на бакалаврський рівень та шляхом факультативної роботи з бакалаврами обласних університетів за науковими напрямами базових кафедр: школи-семінари, «інтенсиви», та ін.

До складу КАУ входять спеціалізовані кафедри базових інститутів НАНУ, що працюють у галузях точних або природничих наук. Наразі до складу КАУ входять сім кафедр:
1.   Кафедра прикладної фізики та наноматеріалів (базується в Інституті металофізики ім. Г.В.Курдюмова НАН України),
2.   Кафедра фундаментальних проблем загальної та прикладної фізики (в Інституті фізики НАН України),
3.   Кафедра прикладної фізики та матеріалознавства (в Інституті електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України),
4.   Кафедра біофізики і молекулярної фізіології (в Інституті фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України),
5.   Кафедра теоретичної кібернетики та методів оптимального управління (в Інституті кібернетики ім. В.М.Глушкова НАН України),
6.   Кафедра теоретичної та математичної фізики (в Інституті теоретичної фізики ім. М.М.Боголюбова НАН України),
7.   Кафедра математики (в Інституті математики НАН України).