Le développement des compétences techniques de laboratoire mobilise un ensemble de savoirs scientifiques et technologiques, en particulier en biochimie, biologie cellulaire et moléculaire, microbiologie. Une maîtrise de l'outil informatique est également nécessaire pour analyser, traiter les données, assurer la traçabilité des résultats et documenter les analyses. Des compétences professionnelles de communication sont également développées. 
La formation est réalisée le plus souvent au laboratoire ce qui permet un véritable suivi personnalisé des apprentissages de l’étudiant : activités technologiques au laboratoire et mises en situation professionnelle permettent le développement des compétences requises. Il est nécessaire d’avoir envie de manipuler à la paillasse pour de futurs techniciens supérieurs en laboratoire. Environ 50 % des heures d'enseignement d’une durée hebdomadaire de 30 h sont consacrés aux activités de laboratoire.
Quatorze semaines de stage professionnel en laboratoire sont réparties sur les deux ans de scolarité pour contribuer à la formation professionnelle.

A noter pour la rentrée 2024 : En cohérence avec les besoins des laboratoires de bio-analyses au sein des structures de contrôle ou d’industries, les modalités pédagogiques de cette formation évoluent à la rentrée 2024 pour garantir l’insertion professionnelle et/ou permettre la poursuite d’études. Dans ce contexte l’intitulé du BTS Bio-analyses et contrôles est amené à évoluer à la rentrée 2024.