为创新人才培养模式，推进教育教学改革，发挥学科优势和特色，培养一批学科基础坚实，专业突出的人才，部分学院还建立了个性化的优秀生培养机制。
航空学院工程力学“钱伟长班”
航空学院依托“机械结构力学及控制”国家重点实验室和国家工科基础课程（力学）教学基地在工程力学专业设立拔尖创新人才培养班“钱伟长班”。“钱伟长班”实行导师组制，首席导师由院士、国家教学名师、“钱伟长讲座教授”担任，导师由国家重点实验室选派。学院各级实验室、教学基地和实验教学示范中心等优质资源向“钱伟长班”学生优先开放，实践本－硕－博贯通式培养机制。
经济与管理学院培优班
经管学院培优班的前身是文科基础强化班，成立于2007年。采取“2+2”培养模式：第一、二学年集中进行基础课程学习，强化学术科研能力，第三、四学年进入专业学习。学院给培优班配置优质的授课教师团队，提供高质量的科研平台以及丰富的学术交流会，学生可以享受很多校内优质教育资源。文以化成，强以载道。
航天学院中国-乌克兰航天专业联合培养班（简称“中乌班”）
随着我国航天技术飞速发展，我国同东欧等俄语国家关系越来越密切，特别是在空间站、火星探测和火箭发动机等领域均有深入合作，国内众多航空航天企业如上海航天、中国空间技术研究院和中国商飞等单位急需既掌握航空航天技术又通晓俄语的专业人才。11年来中乌班在信息工程、探测制导与控制技术、飞行器设计与工程等专业联合培养了双学位人才118人（另60人在读），本校读研率为73%，56%硕士毕业生进入学校认定的国防系统就业，有9名同学仍在南航读博。
计算机科学与技术学院人工智能创新班
培优班将对所有学生从大一开始配备学术导师，一对一全程指导。实施新工科人才培养模式，以系统性、实战化课程体系强调实践能力培养，以海外名校进修、暑期课程等形式提高国际化水平，以AI+X专业研讨课程发展交叉融合，形成行业特色。最终培养能参与国际竞争的人工智能领域领军型人才。