חמד"ע הוא דגם ייחודי פורץ דרך, שלו האחריות לחינוך המדעי בבתי הספר העל יסודיים בתל אביב-יפו (ט-י"ב): בחמד"ע מלמדים מדעים, מכינים את התלמידים לבחינות הבגרות (פיזיקה, כימיה, פיזיקה מחקרית ומדע חישובי- ברמה של 5 יח"ל) ומעשירים את התלמידים במהלך השיעורים והרבה מעבר.

לימוד מעשי תוך התנסות אישית במעבדה הוא לב ההוראה בחמד"ע: לכן, ההוראה בחמד"ע מתקיימת במעבדות עם ציוד הדגמות מורה וניסויי תלמידים בחזית הטכנולוגיה. מורי חמד"ע, רובם בעלי תואר ד"ר בפיזיקה או כימיה, עובדים בצוות, כותבים ספרים, נותנים סדנאות בתחומי מומחיותם ויוזמים פרוייקטים.

מירכוז החינוך המדעי בחמד"ע, הניב לאורך השנים תכניות ייחודיות- לימודי ח"ץ, לימודי מ"ח, פיזיקה מחקרית ולימודי כימיה ניסויית מתקדמת וכן תוצרים תומכים ומעשירים שלא היו יכולים להתקיים בבית ספר בודד או באקדמיה. התוצאה היא שחמד"ע הציבה את תל אביב-יפו כמובילה בתחום החינוך המדעי בישראל.