В 1920-е годы продолжали работу сложившиес еще до революции научные коллективы под руководством И.П. Павлова в физиологии, В.И. Вернадского в биогеохимии, складывались научные школы А.Ф. Иоффе в физике, Н.И. Вавилова в генетике, Н.Н. Семенова в химии, Д.Н. Ушакова в лингвистике.
Успешно работал выдающийся специалист в области теории чисел И.М. Виноградов. Ценные труды по математической физике, минералогии и геохимии Земли завершили академики В.А. Стеклов, В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман. А.Ф. Иоффе внес крупный вклад в разработку физики кристаллов. Д.С. Рождественский сделал важные открытия в атомной спектроскопии. Н.Н. Семенов успешно работал над теорией цепных реакций.
Теоретические работы А.И. Берга по радиофизике способствовали решению проблемы радиофикации страны. Выдающийся радиотехник А.Л. Минц создал ламповую радиостанцию (1922), поступившую на вооружение войск связи (1923). С октября 1924 г. начались регулярные передачи созданной им Сокольнической радиостанции, в 1925 г. был организован первый радиорепортаж с Красной площади (с похорон М.В. Фрунзе), проводились первые опыты передачи по радио концертов и спектаклей. К 1927 г. была разработана система телевидения (Л.С. Термен, А.П. Константинов и др.). В 1923 г. по проекту коллектива, возглавляемого А.Н. Туполевым (с октября 1922 г. — руководитель Комиссии ЦАГИ по металлическим самолетам), был построен легкий спортивный самолет АНТ-1, положивший начало серии самолетов различных модификаций. В мае 1924 г. был испытан в полете АНТ-2 — первый советский цельнометаллический самолет. В ноябре 1924 г. в туполевском КБ были начаты проектирование и постройка самолета ТБ-1. Конструкция оказалась удачной, самолет пошел в серию и стал прототипом всех последующих многомоторных бомбардировщиков моноплановой схемы. В 1930 г. завершено строительство первого гидросамолета АНТ-22. В 1928 г. создан учебный двухместный самолет У-2 (с 1944 г. — По-2) конструкции Н.Н. Поликарпова, выпускавшийся до 1959 г. К.Э. Циолковский в конце 1920-х гг. приобрел мировую известность как глава нового научного направления — ракетодинамики. Ф.А. Цандер разработал и в 1930 г. построил первый в мире реактивный двигатель, работавший на бензине и сжатом воздухе. А.Л. Чижевский вел пионерские работы по практическому применению аэроионизации.
В те же годы увидели свет новые крупные научные труды академика И.П. Павлова в области физиологии; работы Д.Н. Прянишникова и В.Р. Вильямса в области агробиологии, агрохимии, физиологии растений. Выдающийся биолог и генетик Н.И. Вавилов открыл закон гомологических рядов в наследственной изменчивости организмов (1920), выявил исторические центры происхождения культурных растений (1927). Благодаря этим открытиям имя ученого внесено в ряды классиков генетики и ботаники. Широкую известность получила деятельность И.В. Мичурина по селекции новых сортов плодовых деревьев. В 1925 г. его питомник стал научным учреждением общегосударственного масштаба. В конце 1920-х гг. учеными-зоотехниками были выведены новые типы тонкорунных овец — новокавказский меринос (П.Н. Кулешов), асканийская порода (М.Ф. Иванов).
Важное значение имели труды А.В. Чаянова и Н.Д. Кондратьева по проблемам выживаемости крестьянских хозяйств и планированию сельского хозяйства, исследования С.Г. Струмилина по методологии статистики. П.А. Флоренский, один из разработчиков плана ГОЭЛРО, выдающийся ученый-энциклопедист и богослов, пытался разрешить проблему культурно-исторического баланса между Хаосом и Логосом, полагая, что «культура есть борьба с мировым уравниванием — смертью» (так называемый второй закон термодинамики). Советские ученые и специалисты разработали проекты крупных тепловых и гидравлических электростанций. Осуществление научных и технических разработок позволило выполнить рассчитанный в 1920 г. на 10–15 лет план ГОЭЛРО к 1931 г. К 1935 г. он оказался перевыполненным в 2,5 раза, вместо 30 запланированных электростанций построено 40.
В начале нэпа возобновилось участие российских ученых в международных конференциях и заграничных научных экспедициях. В 1925 г. состоялся первый в СССР после революции международный научный форум специалистов в области изучения пресных вод — III лимнологический конгресс. На празднование двухсотлетия Российской академии наук в том же году прибыло свыше 130 ученых из 25 стран.