Pennin insinööritieteiden ja sovellettujen tieteiden korkeakoulu jakautuu kuuteen osastoon:
- Biotekniikka
- Kemian- ja biomolekyylitekniikka
- Tietokone- ja informaatiotieteet
- Sähkö- ja systeemitekniikka
- Materiaalitieteet ja -tekniikka
- Mekaaninen tekniikka ja soveltavan mekaniikan tekniikka
Koulun biotekniikan osasto, alun perin nimeltään Biomedical Electronic Engineering, on jatkuvasti kymmenen parhaan joukossa sekä perustutkinto- että jatkotutkintotasolla U.S. News & World Report. Osastolla toimii myös George H. Stephenson Foundation Educational Laboratory & Bio-MakerSpace (alias Biomakerspace), jossa koulutetaan perustutkinto-opiskelijoita tohtoriopiskelijoiden kautta. Se on Philadelphian ja Pennin ainoa Bio-MakerSpace, ja se on avoin Penn-yhteisölle, mikä kannustaa ideoiden, luovuuden ja yrittäjyyden vapaaseen virtaukseen biotekniikan opiskelijoiden ja koko yliopiston opiskelijoiden välillä.
Kemian- ja biomolekyylitekniikan osasto perustettiin vuonna 1893, ja se on ”Amerikan vanhin yhtäjaksoisesti toimiva kemiantekniikan koulutusohjelma”.
Sähkö- ja systeemitekniikan osasto on tunnustettu tutkimuksestaan sähkötieteen, systeemitieteen sekä verkkojärjestelmien ja televiestinnän aloilla.
Alun perin vuonna 1946 metallurgisen insinööritieteiden korkeakouluna perustettu Materiaalitieteiden ja -tekniikan osasto ”sisältää huippuluokan ohjelmia nanotieteiden ja nanoteknologian, biomateriaalien, keramiikan, polymeerien ja metallien alalla.”
Konetekniikan ja sovelletun mekaniikan osasto juontaa juurensa vuonna 1876 perustetusta kone- ja sähkötekniikan osastosta.
Kullakin osastolla on yksi tai useampi koulutusohjelma. Kemian- ja biomolekyylitekniikan, materiaalitieteen ja -tekniikan sekä konetekniikan ja soveltavan mekaniikan osastoilla on kullakin yksi tutkinto-ohjelma.
Biotekniikassa on kaksi ohjelmaa (sekä insinööritieteiden kandidaatin tutkinto että soveltavan tieteen kandidaatin tutkinto). Sähkö- ja systeemitekniikassa on neljä tekniikan kandidaattiohjelmaa: Sähkötekniikka, systeemitekniikka, tietokonetekniikka ja verkottuneiden & sosiaalisten järjestelmien tekniikka, joista kaksi jälkimmäistä on sijoitettu yhdessä Computer and Information Science (CIS) -ohjelman kanssa. CIS-osasto tarjoaa biotekniikan tavoin Computer and Information Science -ohjelmia molemmissa kandidaattiohjelmissa. CIS:ssä on myös Digital Media Design -ohjelma, jota toteutetaan yhdessä PennDesignin kanssa.