В начале XX в. главным штабом российской науки оставалась Академия наук с развившейся системой институтов. Немалую роль в подготовке научных кадров и развитии самой науки играли университеты с их научными обществами, а также всероссийские съезды ученых.
Значительных успехов достигли исследования в области механики и математики, что позволило развить новые области науки — воздухоплавание и электротехнику. Немалую роль в этом сыграли исследования Н.Е. Жуковского, создателя гидро- и аэродинамики, автора работ по теории авиации, которые послужили основой для авиационной науки.
В 1913 г. в Петербурге на Русско-Балтийском заводе были созданы первые отечественные самолеты «Русский витязь» и «Илья Муромец» конструкции И.И. Сикорского. В 1911 г. Г.Е. Котельников создал первый в мире ранцевый парашют.
Учитель из Калуги К.Э. Циолковский в 1903 г. опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где была изложена теория движения ракет; это заложило основу будущих космических полетов.
Труды В.И. Вернадского стали импульсом для развития биохимии, биогеохимии и радиогеологии. Ученого отличала широта интересов, он поднимал глубокие проблемы и предвидел открытия в самых разных областях.
Великий русский физиолог И.П. Павлов создал учение об условных рефлексах, в котором дал материалистическое объяснение высшей нервной деятельности человека. В 1904 г. за исследования в области физиологии пищеварения И. П. Павлову — первому из русских ученых — была присуждена Нобелевская премия. Через четыре года (1908) этой премии удостоился И.И. Мечников за исследование проблем иммунологии и инфекционных заболеваний