Профессиональной научной деятельностью в России занималась небольшая прослойка ученых, сосредоточенных в Академии наук, университетах и научных обществах. Наряду со скудными и зачастую нерегулярными государственными дотациями (из нескольких сотен научных обществ поддержку от государства получали не более 20—25), на рубеже XIX—XX вв. в науку стали поступать частные пожертвования. Они направлялись в основном на финансирование научно-практических инициатив строительства и поддержки Аэродинамического института в Кучино под Москвой (Д.П. Рябушинский), организации исследовательских экспедиций на окраины империи, разведки залежей полезных ископаемых и т. д. В 1909 г. появилось Общество содействия успехам опытных наук и их практических применений (так называемое Леденцовское общество по имени промышленника Х.С. Леденцова, передавшего на поддержание его деятельности проценты с завещанного капитала), в его состав вошли известные российские ученые. Общество сыграло большую роль в поддержке научно-прикладных исследований.

В 1912 г. к Северному полюсу направилась экспедиция Г.Я. Седова, снаряженная в основном на частные пожертвования. Были обследованы Новая Земля и острова Земли Франца-Иосифа. Гибель руководителя экспедиции помешала осуществлению плана покорения полюса.

Прорыв происходил на тех направлениях науки и техники, результаты которых непосредственно интересовали государственные ведомства, в первую очередь военное и морское. Освоение отдаленных районов империи требовало быстрого развития железнодорожного транспорта: казенные заказы стимулировали бурное железнодорожное строительство, создание совершенных отечественных паровозов и инженерных конструкций (дебаркадер Киевского (тогда Брянского) вокзала в Москве гениального инженера В.Г. Шухова и сегодня остается одним из выдающихся сооружений такого рода в мире). Профессия инженера-путейца стала одной из самых уважаемых и высокооплачиваемых в России.

Определенная государственная поддержка оказывалась и создателям первых образцов авиационной техники на основе расчетов «отца русской авиации» Н.Е. Жуковского. В Москве на базе Императорского высшего технического училища была построена первая в мире аэродинамическая труба для испытаний летательных свойств самолетов. На основе этих разработок авиаконструктор И.И. Сикорский, будущий основатель знаменитой американской вертолетной фирмы, построил первый в мире четырехмоторный самолет; в годы Первой мировой войны бомбардировщик «Илья Муромец» конструкции Сикор-ского производился серийно. Военный летчик П.Н. Нестеров тогда же вписал свое имя в список достижений мировой авиации, впервые выполнив обоснованную расчетами Жуковского «мертвую петлю». Инженер Г.Е. Котельников создал первый в мире эффективный ранцевый парашют, спасший жизни сотням летчиков в годы войны, Н.Д. Зелинский совершенный для того времени противогаз, Д.И. Менделеев - высокоэнергетические пороховые смеси для артиллерии. В соответствии с расчетами А.Н. Крылова были сконструированы линейные корабли российского флота, отличавшиеся выдающимися боевыми характеристиками, и самые быстроходные в мире миноносцы.

А.С. Попов в 1895 г. представил на заседании Русского физико-химического общества первый в мире аппарат беспроволочной телеграфии радиоприемник. У лее несколько лет спустя, в 1900 г., изобретатель наладил радиосвязь в Балтийском море на расстоянии 45 км в ходе спасательной операции по снятию с камней севшего на мель броненосца. Тем самым были наглядно показаны возможности и преимущества нового вида сообщения. Но изобретения Попова очень медленно внедрялись в жизнь. Так, в период Русско-японской войны российский флот не был оснащен радиоаппаратурой, в то время как противник активно ею пользовался. Запатентованное за рубежом аналогичное изобретение итальянского инженера Г. Маркони быстро получило широкое признание.

Это касалось и многих других научных достижений: государственная поддержка науки и внедрения опытных разработок не носила, как и частная благотворительность в этой сфере, системного характера, была нерегулярной или вовсе отсутствовала. Бюрократические препоны зачастую оказывались непреодолимым препятствием, перспективные идеи не получали нужного финансирования (так произошло, например, с проектом исследования Арктики с помощью ледоколов, который активно отстаивали Д.И. Менделеев и выдающийся флотоводец и океанограф адмирал С.О. Макаров). Многие приборы и новые разработки целенаправленно закупались за границей. Знаменитый крейсер «Варяг», например, был построен на верфях в США в рамках государственной военно-морской программы. Поскольку были слабо разведаны естественные богатства страны, многие виды сырья так лее покупали за рубежом.

Хотя по числу занятых в научной сфере Россия заметно уступала европейским странам, в области фундаментальных исследований российские ученые добились выдающихся результатов на самых разных направлениях. Это произошло в физиологии (исследования И.П. Павлова были отмечены Нобелевской премией в 1904 г.), биологии и медицине (И.И. Мечникову совместно с немецким ученым П. Эрлихом присудили эту же награду за работы в области иммунологии). Мировое признание получили труды К.А. Тимирязева (физиология растений), В.М. Бехтерева (исследования функций головного мозга), В.И. Вернадского в области геохимии. Над разработкой теории реактивного движения и основ космонавтики работал К.Э. Циолковский, преподаватель калужской гимназии. За полвека до прорыва человека в космос он провел математические расчеты, которые легли в основу создания космических ракет, искусственных спутников Земли, орбитальных и межпланетных космических кораблей. Опыты П.Н. Лебедева в области оптических эффектов и света заложили основы для развития целого направления в современной физике. Ученые петербургской математической школы занимались как теоретическими, так и прикладными разработками в сфере механики и расчетов динамических конструкций (А.М. Ляпунов, А.А. Марков, В.М. Стеклов). Выдающийся математик П.Л. Чебышев первым создал «стопоходящую машину», имитировавшую движение живых существ, — прообраз современных шагающих роботов.

Однако большинство фундаментальных разработок велось вне связи с конкретным производством. В России, за отдельными исключениями (такими, как Прохоровская Трехгор-ная мануфактура, где опытным путем разрабатывались новые красители), не было промышленных лабораторий, ориентированных на внедрение научных результатов в практическую деятельность.