قطب‌های علمی به استناد راهکارهای اجرایی بخش آموزش عالی قانون برنامه سوم، بند ج ماده ۴۹ برنامه چهارم و بند ه ماده ۱۵ فصل دوم - بخش دوم قانون برنامه پنجم توسعه اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی جمهوری اسلامی ایران تشکیل شده‌اند. فلسفه پنج ساله بودن هر دوره فعالیت قطب‌های علمی، همزمانی این دوره با برنامه‌های توسعه است.
گسترش مرزهای دانش و فناوری، فراهم شدن زمینه فعالیتهای گروهی و ایجاد شبکه‌های علمی و فناوری، کسب مرجعیت علمی و فناوری در زمینه‌های تخصصی خاص، مشاوره و تصمیم‌سازی در برنامه‌ریزی‌های علمی و اجرایی، فراهم شدن زمینه‌های لازم برای مشارکت مراکز علمی در سطح ملی و بین‌المللی در مسیر تولید علم و توسعه فناوری در داخل کشور و توسعه و تقویت مطالعات میان رشته‌ای و تولید علم بومی از جمله اهدافی است که آیین‌نامه تشکیل قطب‌های علمی مورد اشاره قرار داده است.
دو مسیر برای تشکیل قطب علمی در ایران وجود دارد. در برخی حوزه‌ها و زمینه‌های مورد نیاز کشور بر اساس آمایش علم و فناوری و اولویت‌های استخراج شده از اسناد بالادستی، عنوان قطب علمی توسط شورای قطب‌های علمی که به ریاست وزیر علوم، تحقیقات و فناوری تشکیل می‌شود، تعیین و به دانشگاه‌ها و موسسه‌های آموزشی و پژوهشی جهت تشکیل شاخه‌های قطب علمی فراخوان داده می‌شود.
مسیر دیگر تشکیل یک قطب علمی به این ترتیب است که دانشگاه‌ها و موسسه‌های آموزشی و پژوهشی بر اساس توانمندی‌ها و مزیت‌های نسبی خود در زمینه‌های مورد نیاز کشور می‌توانند متقاضی تشکیل شاخه قطب علمی شوند و شورای قطب‌های علمی کشور بر اساس پیشنهادهای دانشگاه‌ها و موسسه‌های آموزشی و پژوهشی نسبت به تعیین عنوان قطب علمی و شاخه‌های آن اقدام کند.
شاخه قطب علمی نیز گروهی از اعضای هیات علمی فعال در یک دانشگاه یا موسسه آموزشی و پژوهشی است که با برتری در یک زمینه علمی تخصصی از طریق تمرکز و انسجام بخشیدن به فعالیتهای خود در انجام بخشی از برنامه پژوهشی - فناوری یک قطب علمی فعالیت می‌کنند.
قلمروی فعالیتهای قطب‌های علمی و شاخه‌های قطب علمی بر اساس ابلاغیه ۷ دی ماه ۱۳۹۵ دکتر محمد فرهادی وزیر وقت علوم، تحقیقات و فناوری به این شرح است:
- دستیابی به آخرین یافته‌های علمی و فناوری، بررسی و پایش تحولات علمی و بسط روش‌های تحقیق و توسعه نرم‌افزارهای تخصصی در زمینه مربوط
- همکاری پژوهشی موثر و هدفمند با سازمان‌ها و موسسات علمی، صنعتی، اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی ملی و بین‌المللی
- جذب همکاری‌های علمی نخبگان ایرانی و غیرایرانی داخل و خارج کشور
- طراحی و همکاری در اجرای دوره‌های میان رشته‌ای جدید مورد نیاز کشور
- مشارکت در بازنگری برنامه‌های درسی و آموزشی برای پیشنهاد به مراجع ذی ربط
- هدفمند ساختن موضوع رساله‌ها و پایان‌نامه‌های دانشجویان تحصیلات تکمیلی
- تربیت دانش‌پژوهان نخبه در دوره‌های پسا دکتری
- مشارکت در سیاستگذاری و تصمیم‌سازی‌های علمی از طریق پیشنهادهای تخصصی، طرح‌ها و لوایح و آیین‌نامه‌های قانونی