Tampereen klassillisen lukion valtakunnallisessa erityisessä koulutustehtävässä painottuu biologian, kemian, biokemian, bioteknologian, ympäristötieteiden ja fysiikan opiskelu. Opintojaksoilla luodaan yhtymäkohtia esimerkiksi filosofiaan, maantieteeseen, psykologiaan, terveystietoon ja yhteiskuntaoppiin. Vieraiden kielten opiskelu ja kansainväliseen toimintaan osallistuminen ovat tärkeä osa luonnontiedelinjan toimintaa.
Useimmat koulukohtaisista opintojaksoista ovat tieteidenvälisiä eli ainerajat ylittäviä. Luonnontieteisiin liittyviä ilmiöitä pyritään tutkimaan ja ymmärtämään laaja-alaisesti eri näkökulmista tarkastellen. Klassillisen lukion luonnontieteiden koulukohtaiset opintojaksot pohjautuvat valtakunnallisen opetussuunnitelman perusteissa oleviin biologian, kemian ja fysiikan opetussuunnitelmiin. Koulukohtaiset opintojaksot suuntautuvat vahvasti tulevaisuuteen. Ne perustuvat osaltaan myös Tampereen kaupunkistrategiassa esiteltäviin globaaleihin haasteisiin. Haasteita voidaan tarkastella ihmisten tarpeiden, toiminnan ja niistä aiheutuneiden ympäristövaikutusten näkökulmasta. Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen, uusiutuvat energialähteet, energiatehokkuuden lisääminen ja ekosysteemipalveluista huolehtiminen ovat ajankohtaisia koko yhteiskuntaan vaikuttavia tekijöitä.
Ymmärrys ihmisen valintojen merkityksestä kestävän kehityksen kannalta vaikuttaa ratkaisevasti koko maapallon tulevaisuuteen. Tulevaisuuden globaalit haasteet ovat yhteiskunnallisina muutostekijöinä toisaalta myös mahdollisuuksia tutkimukselle, uudelle teknologialle ja uudenlaisille palveluille. Uusiin teknologioihin tutustuttaessa korostuu innovatiivisuuden ja yrittäjyyden merkitys yhteiskunnan hyvinvoinnin kannalta. Oppimisen tulee kehittää opiskelijoiden tulevaisuusajattelua ja tulevaisuuden rakentamista ekologisesti, taloudellisesti, sosiaalisesti ja kulttuurisesti kestäville ratkaisuille. Näin muotoutuvan maailmankansalaisuuden kompetenssitavoitteita ovat globaali vastuu, ympäristötietoisuus ja yhteiskunnallinen osaaminen. Laaja yhteistyö Tampereen yliopiston ja Tampereen ammattikorkeakoulun kanssa täydentävät osaltaan kokonaiskuvaa.