私服校である。校風は非常に自由とされるが、染髪・パーマは禁止である。持ち込み禁止の物は特になく、校内の無線LANは生徒の使用が可能である。エアコン等の設備が整っているが食堂が無く、弁当持参。または周辺のスーパー・コンビニ等を利用する。共学であるが、男子の割合が約8割と圧倒的に多い。普通科の高校と比べて変わった校風にある。生徒の活動は全て自分自身の責任である。毎年5月に行われる体育祭のリハーサルなどは前日からといった具合である。2002年度から3年間、文部科学省のスーパーサイエンスハイスクール (SSH) に指定された。その後2005年度から2009年度までの5年間延長指定され、さらに2010年度から2014年度までの5年間、続いて2016年度から2020年度まで4期目の指定を受けた。さらに、2015年度から5年間、文部科学省のスーパーグローバルハイスクール (SGH) に指定された。
国立では珍しく併設大学（東京工業大学）への推薦入学制度が2004年度卒業生から導入されており、毎年10名程度が選抜されている。どのような観点で推薦者が決まるのか、学外にあまり公示されていない。3年次の課題研究、3年次8月に行われる高大連携教育システム「サマーチャレンジ」での大学側の評価が選抜の主な材料とされている。単に成績が良いだけでは通用せず、粘り強い積極性・集中力・思考力・発表力・決断力が要求される。また、2022年度の入試をもって廃止される予定。
従来の高等学校工業科のカリキュラムを基本としており、普通教科の比重が他の工業高校と比べて多い。1年次は普通教科と分野共通の工業科目（専門共通科目）を履修し、2年次から各分野の専門共通科目、分野科目を学ぶ。3年次は分野科目と課題研究が中心となる。一般入試入学生の分野決めは基本的に希望による選択だが、偏りがあると成績順となる。その選考用に1年次の1学期中間・期末、2学期中間・期末、3学期学年末試験の総合累計成績が用いられる。2年次以降の専門共通科目は各分野の特色を生かした内容で構成されている。3年次には類型選択・自由選択を設け、数学Ⅲは5段階の習熟度別編成を行っている。数学の単位数が普通科高校並みに多く、理科は物理・化学を履修する。文系科目は必要最低限のみの履修となっており、例えば世界史は世界史Aしか履修できないため、大学の文系へ進学する場合、学校の授業のみで対応できるのは私立大学の一部などに限られている。同校では2年次の専門科目の時から各分野独特のレポートが課せられ、提出しないと評定は付かないレベルの高いものとなっている。また一部の科目では、優秀なレポートが表彰されることもある。レポートの数は所属分野にもよるが、1人年間でおよそ30本程度であり、勉強との並立をうまく考えなければならない。
1907年12月、ミハイルは将校仲間の妻であるナターリア・ヴリフェルトと知り合い、1908年から友人関係を始めた。彼女もまた平民出身で、さらに離婚歴を持つ子持ちだった。二人は8月に交際を始め、1909年11月に彼女は二度目の離婚をし、以降はモスクワのアパートでミハイルの仕送りを受けながら暮らしていた。交際を知ったニコライ2世は二人を遠ざけるため、ミハイルをモスクワから遠いオーレルの第17軽騎兵チェルニゴフ連隊長に任命したが、彼はナターリアに会うため月に数回モスクワを訪れた。1910年7月にナターリアはミハイルの息子を生み、彼は死んだ次兄にちなみゲオルギーと名付けた。ミハイルは出生日を離婚前の日付にするように配慮し、ニコライ2世はゲオルギーに「ブラソフ」の姓を名乗らせるように命令した。1911年5月、ニコライ2世はナターリアにモスクワから移動することと「ブラソヴァ」の姓を名乗ることを許可した。1912年5月、ミハイルは伯父フレゼリク8世の国葬に参列するためコペンハーゲンを訪問した。国葬を終えフランスで休暇を過ごしていたミハイルとナターリアは、オフラーナによってサンクトペテルブルクに連れ戻された。ミハイルはサンクトペテルブルクでナターリアと暮らし始めるが、彼女は貴族社会から疎外されたため、数カ月後に彼女をガッチナの別荘に移した。1912年9月、ミハイルとナターリアは海外に休暇に出かけるが、常にオフラーナの監視が同行していた。ベルリン滞在時に二人は突然カンヌにドライブに行くことを決め、監視には列車でカンヌに来るように指示した。オフラーナは事前に列車で同行するように指示を受けていたためミハイルの指示に従ったが、これはミハイルの意図したことだった。二人はカンヌに向かう途中でウィーンに立ち寄り、10月16日にセルビア正教会の聖サヴァ教会で結婚した。結婚にはナターリアの前々夫との娘が立ち合い、ミハイル夫妻はヴェネツィア、ミラノに立ち寄った後にカンヌに到着した。二週間後、ミハイルはニコライ2世と母マリアに対し、結婚を報告する手紙を送った。ニコライ2世と母マリアはミハイルの報告にショックを受け、母は「あらゆる想像を絶する酷さ」と述べ、兄は「弟は彼女と結婚しないという誓いを破った」と激怒した。この頃、ニコライ2世の息子アレクセイは血友病が悪化して危険な状態となっており、ニコライ2世は万が一の場合にはミハイルに帝位を継承させるつもりだったため特に怒りを見せた。一方のミハイルも、アレクセイが死に再び帝位継承権第一位になり、ナターリアと結婚できなくなってしまうことを恐れていた。そのため、ミハイルはナターリアとの結婚を強行することで、再び帝位継承権第一位になることを阻止した。ニコライ2世の怒りは収まらず、1912年12月から1913年1月にかけて勅令を出し、ミハイルのロシアからの追放、国内資産の没収、摂政の権利を取り消すことを決定した。これに対し、貴族社会からはミハイルとナターリアに同情する声が挙がった。追放から半年間、ミハイルとナターリアはフランス・スイスのホテルを転々として生活していた。同じ頃、姉クセニア大公女と従兄弟アンドレイ大公が二人の元を訪れた。その後、ミハイルはロンドン郊外の邸宅を1年間賃貸している。ミハイルの資産は全て没収されていたため、生活費はニコライ2世からの送金に頼っていた。