从研究机构转为学校
抗日战争期间，陕甘宁边区发展生产，急需能够处理工业与农业技术问题的人员。1939年成立的延安自然科学研究院，是随后创办自然科学院的基础。年底的自然科学讨论会提出扩大人才培养；李富春向中共中央书记处报告建校，兼任院长，陈康白参与具体筹备。1940年3月5日，中共中央书记处批准将研究院改为延安自然科学院。
学院设在延安南门外杜甫川。1940年5月17日、21日，《新中华报》刊登招生启事，9月1日举行首次开学典礼。招生、筹建与正式开课依次展开，后来北京理工大学以这一时期为办学起点。
参考：[1]
经费、窑洞与实验条件
创校并非只靠师生自行解决物资问题。胡琦等人的回忆记载，中共中央拨款雇人开凿窑洞，也专项建设供实验和教学使用的科学馆；师生另外参加道路、场地和生活设施整修。有限经费优先转化为可用的课堂与实验空间。
书籍和仪器需要外部接济。重庆方面协助搜集大学教材与实验用品，师生使用英文理化、数学课本，同时自行处理燃料和衣食不足。建校活动由此同时包含两种工作：维持日常生活，以及取得不能就地制造的教学设备。
参考：[2]
不同基础的学生共同入学
学院设置大学、预科及较低层次的补习教学，学生的既有文化程度并不整齐。徐特立接任院长后，屈伯川等人参与教务工作，需要为继续升学准备基础，而不只是训练一种操作技能。早期大学教学涉及物理、化学、生物及地矿等领域。
校友赵晓晨的口述提供了一个具体例子：1940年，他在延安纺织厂工作，听到招生消息后参加考试，进入预备班。窑洞兼作学习生活空间；露天听课时，学生把小木板置于膝上记录。互助学习弥补了一部分生活与学习条件的不足，也使原来在工厂工作的青年获得继续受教育的机会。
基础理论与生产实习的安排
办学中存在一个实际分歧：边区急需技术人员，是否应将有限资源全用于短期职业训练？徐特立等人主张保留系统教育，使学生既能应付当前任务，也能继续理解新的技术问题。大学教学加强基础课程，再安排后续应用学习，机械和化工实习工厂则提供了练习场所。
据亲历者回忆，机械实习涉及金工、铸工、锻工和木工；学生也到炼铁厂实习，参与生物调查及煤田测量。课堂、校内工厂和外部生产单位相互衔接。
围绕边区需要进行研究
教师研究常从急缺的生产材料出发。师秋朗记述，华寿俊试验以马兰草造纸，陈康白、华寿俊等参与盐业技术调查；林华则寻找可用原料，试制玻璃，回应实验、医疗和照明等用途的需求。这类课题把原料调查、工艺试验和实际供应接到一起。
研究活动还面向校外传播。1941年起，《解放日报》的《科学园地》刊载科学知识与生产问题文章。科技教育因而不局限于在校学生，但刊物讲什么、研究同生产靠得多近，也成为当时不断讨论的问题。
教学受挫与办学迁移
课程运行并不始终平稳。赵紫玉的研究指出，1943年审干运动中，政治学习不断挤占专业教学，后来一度全天进行，正常课程停顿，至1944年夏迁入文化沟后才逐步恢复。办学目标中的科学训练，实际受到政治运动的明显冲击。
1943年，自然科学院并入延安大学；抗战结束后，师生离开延安，在张家口及华北其他地点继续办学。赵晓晨亲历了这段迁移，后来又随校进入北京。学校1952年称北京工业学院，1988年改用北京理工大学名称。延安创校、战后迁移与后来的更名，属于相连而不同的历史阶段。