КАУ створено на базі Фізико-технічного навчально-наукового центру (ФТННЦ) НАН України, відомого раніше як Київське відділення Московського фізико-технічного інституту (КВ МФТІ), що здійснював підготовку українських науковців за "системою фізтеха" 1978 року. "Система фізтеху" - це одна з найефективніших реалізацій ідеї дослідницького університету, що базується на поєднанні високоякісної освіти з індивідуальним залученням студентів на ранніх стадіях їхнього навчання до науково-дослідної та інноваційної діяльності в "базових" наукових установах (найвідоміші приклади: Caltech та MIT у США, EPFL та ETH у Швейцарії, МФТІ у колишньому СРСР). З 1978 до 2015 студенти цільового набору після 4 років навчання в бакалавраті МФТІ поверталися в Україну та продовжували навчання (2 роки магістратури та, за бажанням, 3 роки аспірантури) на базових кафедрах при провідних інститутах НАН України. За роки існування КВ МФТІ було підготовлено 981 молодих науковців, з яких 281 захистили кандидатські, 30 докторські дисертації, 4 стали членами-кореспондентами НАН України. З 2017 КАУ планує прийом студентів на 1-ші курси бакалаврата та магістратури. Бакалаврський рівень підготовки студенти КАУ проходять виділеними групами на базі КНУ імені Тараса Шевченка: студенти фізичного профілю та з прикладних інформаційних технологій — на фізичному факультеті та факультеті радіоелектроніки та компьютерних систем, математики — на механіко-математичному факультеті. Прийом на перший курс відбувається за результатами ЗНО. Після другого курсу на конкурсній основі відбувається розподіл та додатковий прийом студентів на базові кафедри КАУ і з третього курсу студенти починають слухати спецкурси та залучатися до дослідницької роботи в Центрах досліджень КАУ. Бакалаврські проекти студенти КАУ виконують на базових кафедрах та після їх захисту отримують бакалаврські дипломи КНУ і можуть вступати до магістратури КАУ. Магістри КАУ проходять навчання на кафедрах КАУ (освітня складова) та залучаються до перспективних наукових досліджень (наукова складова) переважно у Центрах досліджень КАУ та провідних академічних інститутах. Перспективність досліджень забезпечується постійним внутрішнім аудитом та тісною міжнародною інтеграцією відповідних дослідницьких груп.