STEM是Science、Technology、Engineering、Maths这四个词的开头字母的组合，STEM教育就是融合了科学、技术、工程、数学的教育。
早在1986年，美国国家科学委员会就发表过《本科的科学、数学和工程教育》报告，这被认为是美国STEM教育的里程碑，该报告首次明确提出“科学、数学、工程和技术”教育的纲领性建议，从而被视为STEM教育的开端。
1996年，美国国家科学基金会发表了题为《塑造未来：透视科学、数学、工程和技术的本科教育》的报告，报告针对新的形势和问题，提出了今后的“行动指南”，也提出了针对“培养K-12教育系统中STEM教育的师资问题”的建议。
2006年1月31日，美国总统布什公布了一项重要计划——《美国竞争力计划》，提出知识经济时代教育的目标之一是培养具有STEM素养的人才，并称其为全球竞争力的关键。由此，美国在STEM教育方面不断加大投入，鼓励学生主修科学、技术、工程和数学，培养其科技理工素养。
2007年10月30日，美国国家科学研究委员会发表《国家行动计划：应对美国科学、技术、工程和数学教育系统的紧急需要》报告，提出的行动计划措施之一，即要求增强国家层面对K-12阶段和本科阶段STEM教育的主导作用，并在横向和纵向上进行协调。这一报告显示了STEM教育将从本科阶段向下延伸到中小学教育阶段，希望从中小学就开始实施STEM教育。
2009年1月11日，美国国家科学研究委员会代表NSF发布致美国时任总统奥巴马的一封公开信，其主题是《改善所有美国学生的科学、技术、工程和数学》，公开信明确指出：国家的经济繁荣和安全要求美国保持科学和技术的世界领先和指导地位。大学前的STEM教育是建立领导地位的基础，而且应当是国家最重要的任务之一。委员会敦促新政府抓住这个特殊的历史时刻，并动员全国力量支持所有的美国学生发展高水平的STEM知识和技能。
2011年，奥巴马总统推出了旨在确保经济增长与繁荣的新版《美国创新战略》，指出美国未来的经济增长和国际竞争力取决于其创新能力。“创新教育运动”指引着公共和私营部门联合，以加强科学、技术、工程和数学（STEM）教育。
2011年，美国国家科学院研究委员会发布了《成功的K-12阶段STEM教育：确认科学、技术、工程和数学的有效途径》的报告，报告认为在中小学实施STEM教育的目标主要有三个：一是扩大最终会在STEM领域修读高级学位和从业的学生人数，并扩大STEM领域中女性和少数族裔的参与度；二是扩大具有STEM素养的劳动力队伍并扩大这一队伍中女性和少数族裔的参与度；三是提高所有学生的STEM素养，包括那些并不从事与STEM职业相关工作的学生或继续修读STEM学科的学生。
基于此，由美国技术教育协会主办的第73届国际技术教育大会于2011年3月24日至26日在美国明尼苏达州明尼阿波利斯市举行，该次大会明确了有效的STEM教育系统的基本要素，其中包括了行政系统、管理部门需要承担的职责，教师需要具备的素质和承担的职责，以及家庭、社区需要承担的职责，具体内容如下：
1．民众、学生及家长的积极参与：新的行政系统为复苏美国STEM教育开启了一扇窗，它需要国家领导的关注。
总统及其管理部门应该尽早并时常向公众强调夯实教育基础的重要性，尤其是STEM教育对所有学生的重要性。必须要唤起公众的意识，就像过去唤醒公众的健康意识一样（如食物金字塔、抵制吸烟等）。
家长的理解尤其重要。总统应该号召所有家长运用他们在各个层面的影响力——家庭、学校和社区——带来我们所期望的变化。
家长、政府、商业和企业、私人和公共基金会、社会名人、科学家和工程师、媒体和其他利益相关者之间应组成各种联盟，共同关注这一需求，并在当地合作采取相关策略，为所有学生提供高质量的STEM教育。
2．明确的教育目标和评估机制：美国教育系统分散管理的特征导致学区课程的易变性。尽管这是美国教育系统的优势，但缺乏一致性也会导致地区间严重的不平衡，给那些经常在学区间流动的学生带来不便。
管理部门应明确指出学生应该掌握的核心概念和技能，并对个体在学习上的差异做出反应。州和地方学区在确保本学期学生掌握了核心技能和概念的前提下，可以改编具体的课程，便于更好地反映出地区背景和个体学生需求。
联邦政府应该帮助开发评估机制，促进学生在STEM领域的学习，培养学生的批判思维、沟通以及解决问题的能力；同时应该设计一些有挑战性的问题，甄选出能力较强的学生。这些STEM评估工具可帮助州和当地教育机构衡量学生学习上的进步。
联邦政府应确保开发所有可能成为STEM领域创新者或优秀的STEM专家的儿童的才能。
3．高素质的教师：具有奉献精神的高素质师资队伍是确保所有学生接受高质量STEM教育的核心因素。我们只有付给他们与其在STEM业界所获酬劳相当的薪水，才能确保最好和最有潜力的STEM教师不流失。在劳动力市场上，这些受过STEM教育的专业人员会获得比一般教学职业更多的报酬。
管理部门必须发展创新机制，与国会和州政府进行合作，分配财源，给STEM教师支付合适的酬劳，以应对劳动力市场的竞争。
继续给某些项目提供稳定的资助，如NSF的“罗伯特·诺伊斯教师奖学金项目”，帮助STEM本科专业的学生和STEM专家成为基础教育领域的科学和数学教师，解决师资短缺的问题。
4．给教师提供世界一流的资源和支持：即使是最好的教师也需要教学材料、技术和资源专家的支持。教师没有必要开发自己教授STEM课程所需的所有工具。
先进的技术可以提供很多用于课堂教学的工具。联邦政府应采取行动来检测在教育中应用技术的最佳方式。
应建立由在职和退休的专业人员组成的“科学团队”，在课堂、学校和社区等各个层面帮助教师。强化课堂学习的暑期和校外项目也可以利用这种支持性的科学团队。
应开发经同行评估的有关STEM教材和最佳实践方式的网络资源，甄别出经证实是有价值的、高效率的教学材料和实践方式。这种资源可以包括其他国家开发的、被证明是有效的材料和实践方式。
应开发让教育者和政策决策者都了解的网络资源，该网络资源应汇集与教育实践相关的认知科学研究和STEM教育领域的研究。
有关儿童如何学习以及优质教学方式的研究已经发表了很多见解深刻的成果。然而，如同其他一些关键问题一样，我们还需要做更多的研究。因此，应该提高对同行评审的资助经费，并且必须提高对学习问题和STEM教学研究的资助经费。
5．尽早接触科学：儿童接触STEM概念越早，他们在今后的生活中越能游刃有余。
STEM的核心理念和思想应该包含在提前教育和其他各种早期教育计划中。
应该优先考虑提高小学STEM教育的范围和质量。
总统应该经常运用他的领导力，并积极鼓励家长和社区成员支持这些目标。
6．交流、协作和合作：地区的卓越、国家的和谐以及STEM教育的全球相关性只有在所有利益相关者的共同参与下才能实现，家长是其中最重要的成员。
联合组织应该推动基础教育学校体系、2年制和4年制高校、非正式的科学教育组织、工业和商业界之间的交互活动的开展，推进21世纪所需的STEM技能的发展。
应该加强和推广相应机制，让联邦政府协调STEM教育研究和大规模的教育活动，并向国家和地方教育机构进行宣传。
创新是一个高度复杂的系统工程，往往需要多种学科知识的综合运用，需要科学思维与艺术思维的结合。STEM教育传播发展的过程中，人们将艺术（ART）学科也纳入其中，这个“ART”狭义上指美术、音乐等，广义上则包括美术、音乐、社会、语言等人文艺术，实际代表了STEM强调的艺术与人文属性，从而形成STEAM教育，重点意在培养学生的理工科技素养，及能够运用多学科知识解决实际问题的能力。