Le doctorat est une expérience professionnelle et une formation à et par la recherche sur un sujet en particulier. Il peut durer de 3 à 6 ans maximum.  Le doctorant effectue ses recherches sous la responsabilité d’un Directeur de Thèse habilité à diriger des recherches (HDR). Le cursus se termine par la soutenance de thèse du doctorant, qui lui permet d’acquérir le grade de docteur. Ce diplôme de niveau BAC+8 est reconnu à l’international.

L'ENSAI a obtenu sa 1ère accréditation en 2017. Renouvelée en 2022 pour 6 ans (2022-2028), l'ENSAI délivre le diplôme du Doctorat  en Mathématiques, Télécommunications, Informatique, Signal, Systèmes, Electronique (ED Matisse). 

Les règles de gestion et de délivrance du diplôme sont conformes à l'arrêté du 25.05.2016 (qui fixe le cadre national de la formation et les modalités pour la délivrance du diplôme), à l'arrêté modificateur du 26.08.2022. , à la Charte du Doctorat et au Règlement Intérieur de l'Ecole Doctorale Matisse.  
Procédures de signalement de la thèse en préparation, du dépôt légal obligatoire.