יחידת התלמידים של מכון דוידסון מקדמת את החינוך המדעי וטכנולוגי בקרב תלמידי בתי הספר ברחבי הארץ. היחידה פועלת בקשר הדוק עם מערכת החינוך ויוזמת תוכניות רבות ומגוונות המותאמות לתלמידים בכל הרמות, החל מתוכניות העשרה לנוער מצטיין ועד תוכניות ייחודיות לנוער עם פוטנציאל לא ממומש ולתלמידים בעלי הישגים נמוכים בסכנת נשירה ממערכת החינוך.
במסגרת היחידה פועל בית-הספר למדע עכשווי המציע קורסים מתקדמים לתלמידי כיתות י-י"ב המתעניינים במדעים, בשעות אחר-הצהריים, כהשלמה וכתוספת ללימודי מקצועות היסוד בבית-הספר התיכון. הלימודים מתמקדים בחידושים בתחומי מדעי המחשב, פיסיקה, אסטרונומיה, כימיה, ומדעי הסביבה, והם מוכרים על-ידי משרד החינוך ומזכים את המשתתפים ב 2-5 יחידות לבגרות.
כיתות ומוריהן מגיעים מרחבי הארץ לימי העשרה מדעיים המתקיימים במסגרת היחידה. הם נחשפים לתכנים מחזית המדע, נפגשים עם חוקרים ומתנסים בביצוע ניסויים מתקדמים. כיתות שאינן יכולות להגיע למכון יכולות להזמין אליהן את המדענוע- ניידת המצוידת במוצגים ובעזרי הוראה מדעיים, בהפעלת סגל מכון דוידסון וסטודנטים ממכון ויצמן.
בחלק מתוכניות היחידה המתמקדות בנוער בסיכון, בתלמידים מתקשים, ובתלמידים מצטיינים מרקע סוציו-אקונומי קשה, המדע משמש כלי להעצמת ביטחונם ודימויים העצמי של התלמידים. חומרי למידה ושיטות הוראה ייחודיות פותחו במיוחד על מנת להביא תלמידים אלה להצלחה בבית הספר ולפתוח בפניהם אפשרויות קידום והשתלבות בלימודי המשך.
בנוסף, יחידת התלמידים של מכון דוידסון מקדמת תהליכי למידה והוראה מתקדמים על ידי שילוב מחשבים ניידים בכיתות למורים ולתלמידיהם, תוך כדי הכשרת המורים וליוויים, פיתוח חומרי למידה ופעילויות מתוקשבות והערכת הקשר שבין המחשב המורה ותלמיד.