Кибернетика. Проведены исследования по основам кибернетики. На У. построена одна из первых в СССР электронно-вычислительных машин «МЭСМ» (1951, С. А. Лебедев). В 1959 создана универсальная вычислительная машина «Киев». Опыт, полученный в результате проектирования и постройки этих машин, использовался при создании ЭВМ 2-го, 3-го и 4-го поколений. Разработана общая теория цифровых автоматов и математических машин, которая стала основой для анализа и синтеза кибернетических устройств (В. М. Глушков). Ведутся исследования по созданию аналоговой вычислительной техники, по технической, экономической и биологической кибернетике. Сформулированы и разработаны основные концепции создания общегосударственной автоматизированной системы сбора и обработки информации для учёта и планирования в народном хозяйстве. Разработаны и внедрены автоматизированные системы управления на предприятиях с многономенклатурным характером производства.
Механика. Существенный вклад внесён в изучение динамической прочности деталей машин при переменных напряжениях и усталости металлических конструкций, в решение теоретических и прикладных проблем механики летательных аппаратов (М. К. Янгель). Важные результаты получены при исследовании концентрации напряжений вокруг отверстий в изотропных и анизотропных средах (Г. Н. Савин). Проведены всесторонние исследования прочности различных классов новых металлокерамических материалов и предложены методы расчёта на прочность изделий из них. Исследованы прочность, пластичность, твёрдость и упругость многих тугоплавких материалов при температуре до 3500°, хрупкая прочность металлов при сверхнизких температурах, напряжённое и деформированное состояния изделий и конструкций из полимеров и стеклопластиков. Разработаны вопросы прочности и стойкости стержневых систем (Н. В. Корноухов). Получила развитие теория линейной и нелинейной термовязкоупругости, учитывающая взаимодействие полей деформации и температуры (А. Д. Коваленко). Важные результаты получены в неклассической теории оболочек, динамических контактных задачах (теории удара), теории упругости и упругопластических задачах (А. Ю. Ишлинский и сотрудники Института математики АН УССР), теории хладноломкости металлов (Н. Н. Давыденков). Исследована динамика переходных процессов в машинах, динамика машин с учётом упругости звеньев, создана методика расчёта переходных процессов в гидравлических и пневматических системах тяжёлых машин. Существенный вклад внесён в разработку и конструирование самолётов (конструкторское бюро, создавшее, в частности, крупнейший в мире самолёт «Антей») и авиационных двигателей (А. Г. Ивченко). Получили развитие исследования по гидравлике открытых русел и гидротехнике (Г. И. Сухомел).
Физика. Выполнен цикл работ по инвариантно-групповым методам в теории гравитации (А. З. Петров). Открыто, теоретически и экспериментально исследовано промежуточное состояние в антиферромагнетиках. Решен комплекс вопросов взаимодействия гамма-излучения с веществом (Г. Д. Латышев). Важные результаты получены в физике элементарных частиц и физике плазмы. Открыто новое явление — турбулентный нагрев и аномальное сопротивление плазмы, что имеет большое значение для решения проблем термоядерного синтеза и разработки плазменных методов ускорения частиц.
Открыто и изучено экситонное состояние в молекулярных кристаллах, разработаны многие вопросы современной теории металлов, выяснена связь топологии поверхности Ферми со свойствами металлов, их электронный энергетический спектр (И. М. Лифшиц и др.), разработаны фундаментальная теория поляронов (С. И. Пекар), теория мартенситных превращений (Г. В. Курдюмов), физические основы пластичности и жаропрочности металлов, гидроэкструзии металлов, исследованы вопросы кристаллизации (В. И. Данилов), физики и техники ускорителей заряженных частиц, физики высоких энергий. Получены принципиально новые результаты в исследовании сверхпроводимости, разработаны сверхпроводящие соленоиды с высокими параметрами. Экспериментально и теоретически изучены особенности туннелирования куперовских пар и открыта генерация СВЧ-излучения, сопровождающего это явление. Большой объём исследований выполнен по физике низких температур её применениям, физико-техническим основам оптоэлектроники, методам генерирования миллиметровых и субмиллиметровых волн, по изучению распространения электромагнитных волн в реальных средах в широком диапазоне частот, по физике генерирования и распространения радиоволн. Выполнен цикл исследований по разработке физических основ управления частотой лазерного излучения, давший возможность создать комплекс лазеров с перестраиваемой частотой излучения. Сформировалось новое направление в сверхвысокочастотной электропике — дифракционная электроника, и создан новый класс электровакуумных генераторов дифракционного излучения.
Получили развитие исследования в области радиоастрономии, построен уникальный радиотелескоп УТР-2. Существенный вклад внесли учёные У. в развитие астрономии (Н. П. Барабашов и др.). Успешно ведутся работы по определению точных положений и движений небесных тел, по изучению вращения Земли, по физике комет, исследованию переменных звёзд, определению колебаний широты, движения полюсов Земли, по физике планет, Солнца и межзвёздной среды.
Физическая география. Расширились исследования природных условий и естественных ресурсов У. Геоморфологи (Д. Н. Соболев и др.) составили описания рельефа У. и отдельных её регионов. Опубликован обобщающий труд «Климат Украины» (1967). Вопросам распределения и динамики основных климатических и гидрологических характеристик на территории У. посвящены многочисленные разработки, проведённые Украинским научно-исследовательским гидрометеорологическим институтом. Произведены комплексные физико-географические описания природы У. и отдельных её районов. В 1962 проведено геоботаническое районирование У., в 1965 — почвенное, в 1968 — физико-географическое. В 1962 издан комплексный атлас Украинской ССР и Молдавской ССР.
Геологические науки. Основные направления исследований связаны с проблемами, вытекающими из особенностей геологического строения У. Изучаются вопросы возраста, стратиграфии и петрогенезиса докембрия. Происхождению рудных месторождений посвящены работы Н. И. Свитальского (Украинский щит), Н. Н. Доброхотова, С. П. Родионова (Кривой Рог). Исследован генезис марганцевых и железных руд керченского типа. На основе научного прогнозирования открыт Днепровско-Донецкий нефтегазоносный район. Выявлены закономерности осадкообразования, обосновано стратиграфическое расчленение осадочных толщ (О. С. Вялов и др.). Ведётся исследование подземных, в частности минеральных, вод (К. И. Маков и др.). Важные работы выполнены по геоморфологии У. и теоретической тектонике. Выявляются особенности глубинного строения земной коры и мантии Земли, создаются модели Земли (С. И. Субботин и др.). Изучаются физические свойства горных пород и минералов. Исследуются проблемы минералогии и петрографии, геохимии и космохимии изотопов и ядерной геохронологии, кристаллохимии минералов, теории рудообразования.
Составлены общая тектоническая карта У., металлогеническая карта У. и Молдавии, карты структуры Днепровско-Донецкой впадины, Донецкого кряжа, Карпат, Причерноморья, Украинского щита. Обосновано тектоническое районирование У., осуществлено общее описание её геологического строения и полезных ископаемых. Результаты исследований отражены в трудах «Геология УССР», «Гидрогеология УССР», «Стратиграфия УССР», «Атлас палеографических карт Украинской ССР и Молдавской ССР».