Viena iš svarbiausių doktorantūros paskirčių – rengti mokslininkus, gebančius užtikrinti mokslo bei studijų tęstinumą ir plėtrą.
Lietuvos sporto universitete yra vykdomos Edukologijos ir Biologijos krypties doktorantūros studijos.
Socialinių mokslų srities Edukologijos krypties doktorantūros studijos vyksta nuo 1993 metų. Per 1993–2017 m. laikotarpį parengti 53 mokslo daktarai. Nuo 2011 m. LSU vykdo bendras Edukologijos krypties doktorantūros studijas su Lietuvos edukologijos, Kauno technologijos ir Šiaulių universitetais.
Biomedicinos mokslų srities Biologijos krypties doktorantūros studijos LSU vyksta nuo 1993 metų. Per 1993–2017 m. laikotarpį parengti 77 biomedicinos mokslo daktarai. Nuo 2011 m. pradėtos vykdyti bendros Lietuvos sporto universiteto ir Tartu universiteto (Estija) Biologijos mokslo krypties doktorantūros studijos. Bendra LSU ir TU biologijos krypties doktorantūra sustiprino biologijos krypties tyrimus, padeda integruotai ir išsamiau tirti nagrinėjamas mokslines biologijos problemas.
Jaunų mokslininkų rengimo kokybę Universitete rodo faktas, kad net aštuoni LSU parengti daktarai ar mokslo daktaro laipsnį turintys buvę darbuotojai šiuo metu sėkmingai dirba Anglijos, Naujosios Zelandijos, JAV universitetuose.
2014–2016 m.m. studijuoja 48 doktorantai:
Edukologijos krypties doktorantūroje 17 doktorantų,
Biologijos krypties doktorantūroje 31 doktorantas.
1995–2017 m. doktorantūros studijas baigė 130 doktorantų.