Ce stage marque la fin de la formation des étudiants du cycle ingénieur et le début de leur vie professionnelle.  Il doit leur permettre d'assurer le travail d’un ingénieur débutant en réalisant un projet dans lequel leur contribution personnelle est clairement identifiable. Il peut se dérouler en entreprise (c'est le cas le plus fréquent) ou dans un établissement public de recherche, en France ou à l’international. Il constitue véritablement une transition entre les études et le premier emploi.

Le PFE, d’une durée minimum de 5 mois, fournit à l'étudiant une occasion de mettre en application les enseignements reçus à l'ENSTA ParisTech, en particulier les enseignements d'approfondissement de la troisième année, dans le cadre d'un travail d'ingénieur débutant. Il s'effectue sous la double supervision d'un enseignant-chercheur permanent de l'ENSTA ParisTech jouant le rôle d’enseignant référent et d'un responsable scientifique ou technique au sein de l'organisme d'accueil.

L’objectif est de placer les étudiants en situation réelle d'exercice de leur futur métier. Au-delà de la stricte application des connaissances et des outils théoriques et méthodologiques acquis durant leur formation, ce stage doit leur permettre de tester et démontrer leur capacité à définir des tâches, à tenir un planning, à faire preuve d'autonomie en même temps que de sens du travail en équipe, d'esprit d’initiative et à intégrer les codes de la vie en entreprise.