Dalam program akademik ilmu alam, banyak cabang lapangan mungkin dieksplorasi secara mendalam dengan tujuan mengamati dan belajar tentang alam. Beberapa cabang ini dapat mencakup astronomi, biologi, fisika, ekologi dan kimia.

Persyaratan untuk program PhD biasanya meminta mahasiswa untuk telah meraih gelar Magister. Selain itu, tesis atau disertasi yang utamanya terdiri dari penelitian akademik asli harus diserahkan. Di beberapa negara, penelitian tersebut bahkan mungkin perlu dipertahankan di sebuah sidang di depan panel.