Программа включала в себя неполный курс городских училищ и полный ремесленно-технический курс. В программу обучения входили: Закон Божий, русский язык, арифметика и геометрия, история и география России, элементарная механика и физика, технологии в применении к металлам и дереву, рисование, черчение, ленка из глины, пение и гимнастика. Ремесленные занятия начинались только с 3-го класса, в последнем, 4-м классе велись исключительно практические занятия.
Для успешного изучения точных наук был оборудован физический кабинет на пожертвование члена Совета дома К. А. Мозлина (8 000 франков), который он заказал в Париже у известного Делейля, подарившего от себя для кабинета маятник Фуко. Благодаря участию того же К. А. Мозлина и члена Совета дома А. А. Балашова в училище был оборудован и кабинет механики. В коллекции училища находилось интересное собрание минералов, металлов, различного рода приборов и прочего.
Библиотека училища, уже в первый год насчитывавшая девятьсот пятьдесят пять книг, постоянно пополнялась произведениями отечественных и зарубежных авторов. Училище получило большое количество книг по биологии и зоологии, собрание рисунков для изучения рисования.
В 1885-м количество учебных классов было сокращено до пяти; последний, 5-й класс, стал практическим. Программы общеобразовательных предметов давали знания, которые были необходимы образованным ремесленникам. Программы специальных предметов были составлены с учетом ремесленных курсов. Особый упор делался на геометрию, рисование по сетке на классной доске простых и сложных архитектурных орнаментов, разных геометрических тел и т. п., графику, черчение геометрическое и проекционное и черчение частей машин.
Из ремесел в училище обучали столярному делу с токарным по дереву и резному с подразделением на модельное и мебельное, а также слесарному с токарным по металлу, паяльному и кузнечному делу. Большинство учеников выбирало слесарное. При училище имелись довольно хорошо оборудованные мастерские: столярная с отделениями для резных и мозаичных работ, слесарная с отделением для художественных изделий, кузница и литейная. Кроме того, имелись отделения для работ по золочению, серебрению, никелированию и гальванопластике. Механическая мастерская была оборудована токарными, продольно-строгальными, поперечно-строгальными и другими станками, которые приводились в движение «20-сильною паровою машиною с парораспределением Кольмана и трубчатым котлом системы Рута».
Благодаря хорошо налаженному процессу обучения, в мастерских училища ученики могли изготавливать сложное оборудование.
Воспитанникам училища устраивали экскурсии на заводы и фабрики Северной столицы, где они отрабатывали практические занятия и знакомились с тонкостями производства.
С 1895 года столярное дело в училище не преподавалось, обучение этому ремеслу было переведено в открывшиеся при ремесленном училище ремесленные классы (1-я Красноармейская, д. 3).
В 1899 году в училище была введена новая дисциплина для будущих корабельных мастеров по железному судостроению. Обучение преподаванию практического судостроения было введено с 4-го класса и продолжалось в 5-м классе. Курс избрали пятнадцать воспитанников РУЦН. За время преподавания с 1899 по 1905 годы полный курс окончили девяносто два воспитанника, двадцать девять из них занимали должности по судостроительным специальностям.
В 1899-м в училище были учреждены механико-оптическое и часовое отделения. Это были первые в стране учебные курсы подобного направления. Россия еще не имела своей часовой промышленности.
Механико-оптическое и часовое отделения начали свою работу 14 ноября 1900 года. Их появление вызвало живой интерес в обществе. Торжественное открытие провел министр финансов С. Ю. Витте.
Курс обучения в механико-оптическом и часовом отделениях был рассчитан на пять лет. Объем общеобразовательных предметов совпадал с программой училища. Специальные предметы с третьего класса читались отдельно. После пяти лет обучения ввиду недостаточной подготовки учащихся часового отделения программа обучения была продлена еще на один год. После смены руководства отделения программа обучения была изменена, и обучение специалистов прошло успешно. Новый заведующий двумя отделениями Н. Б. Завадский ввел преподавание высшей математики, разработал и ввел курс новых дисциплин: «Техническая оптика», «Теория и конструкция часовых механизмов» и «Теория измерительных приборов».
В мастерских механико-оптического и часового отделения впервые в России стали изготавливать такие приборы, как объективы и окуляры для зрительных труб, телескопов и микроскопов, а также объективы для фотоаппаратов, станки для нарезки точных винтов, делительные машины и карманные часы. Эти приборы по своим качествам и по исполнению не уступали лучшим заграничным образцам, что подтверждало исследование Главной палаты мер и весов, а также удостоверение многих компетентных лиц и учреждений.
Работы воспитанников привлекли внимание специалистов. Директор училища для оценки степени точности изготовляемых учениками отделения приборов обратился в Главную палату мер и весов. Из полученного на первом этапе экспертизы заключения следовало, что «обнаруженная погрешность и чувствительность весов, с небольшой подъемной силой до двадцати граммов, изготовленных учениками отделения по типу весов Рупрехта в Вене, находятся в тех пределах, кои установлены для образцовых весов, применяемых в поверочных палатах для поверки точных гирь».
На Международной выставке часов, ювелирных изделий и механико-оптических изделий 1909 года работы, выполненные в училище, были награждены Большой серебряной медалью, а на Первой показательной выставке последовательного хода работ в различного рода производствах 1911 года получили Малую золотую медаль.
Мастерские училища часто выполняли заказы различных учреждений: Морского ведомства, Главной физической обсерватории, Главной палаты мер и весов и т. д. Во время Русско-японской войны в механико-оптической мастерской для флота были экстренно изготовлены дальномеры Белля.
