L’Ensai offre aussi la possibilité aux élèves de 3ème année qui le souhaitent d’entamer une carrière de chercheur. Dans le cadre de l'option formation par la recherche (Ofpr), ces élèves bénéficient au cours de leur dernière année d’études à l’Ensai, d’un encadrement de type doctoral et d’un aménagement de leur scolarité qui leur permettent de suivre ce parcours dans les meilleures conditions.

Des accords bilatéraux existent entre l’école et certaines universités pour faciliter cette formation et débuter, à l’issue de ce parcours, une thèse académique ou de type CIFRE (Convention Industrielle de Formation par la REcherche).

Globalement, la proportion de diplômés de l’école qui suivent ou ont suivi un parcours de recherche est de l’ordre de 8%. Les thèses académiques sont en général encadrées dans des laboratoires de recherche de l’INSERM, de l’INRIA, du CREST, du CNRS de l’INRA ou dépendant d’autres Grandes Ecoles. En ce qui concerne les entreprises ou organismes signataires de thèses CIFRE, on  peut citer Renault SA, l’ONERA, EUROCOPTER, la SNCF, EDF, GLAXOSMITHKLINE, …