İlkokul dördüncü sınıf fen bilimleri dersi öğretim programı kapsamında bütünleştirilmiş STEM eğitiminin nasıl uygulanabileceğini ve öğrencilerin fen kariyer bilinçlerinin nasıl geliştirilebileceğini açıklamayı hedefleyen bu araştırmada eylem araştırması kullanılmıştır. Araştırma 2018-2019 akademik yılında Ege Bölgesi’ndeki bir üniversitenin kampüsündeki ilkokulda öğrenim gören dördüncü sınıf öğrencileri ile gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın nicel verileri STEM Mesleklerine İlgi Ölçeği ile nitel verileri ise kişisel bilgi formları, video ve fotoğraf kayıtları, yarı yapılandırılmış görüşmeler, araştırmacı günlüğü, öğrenci günlükleri ve geçerlik komitesi ses kayıtları ile toplanmıştır. Nicel verilerin analizi Wilcoxon İşaretli Sıralar Testi, nitel verilerin analizi ise tematik analiz kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Araştırma sonucunda ilkokulda bütünleştirilmiş STEM eğitiminin “problemi yapılandır”, “düşünce üret”, “seç ve yap” “test et ve düşünce yansıt” ve “yeniden oluştur” aşamalarını içeren mühendislik temelli bir anlayışla uygulanabileceği belirlenmiştir. Belirtilen aşamalardan öğrencilerin en zorlandıkları bileşenin prototipleri çizme konusu olduğu ortaya çıkmıştır. Öğrencilerin fen alanındaki mesleklerin görevlerini tanıdıkları ve bu mesleklere yönelik ilgilerinin artarak bu meslekleri kariyer planlarına dahil ettikleri tespit edilmiştir. Araştırmanın nicel bulguları da bu sonucu desteklemektedir. Araştırmada öğrencilerin STEM mesleklerine yönelik ilgilerinin uygulama sonunda son test lehine istatistiksel olarak anlamlı farklılık gösterdiği ortaya çıkmıştır. Araştırmanın hem nitel hem de nicel bulgularının analizleri sonucunda öğrencilerin fen kariyer bilinçlerinin geliştiği saptanmıştır.