В Європі спостерігався розквіт природничих і точних наук: хімії, фізики, геології, ботаніки, біології, математики. Центрами наукових досліджень ставали університетські лабораторії. Університети на українських землях перетворилися на важливі наукові центри як Російської імперії, так і всієї Європи. Розвиток наук зумовлювали такі чинники: 1.розвиток промисловості; 2.загальноєвропейський прогрес у науці й техніці; 3.поширення й подальше панування філософії позитивізму; 4.відсутність ідеологічного забарвлення в дослідженнях.

Протягом другої половини XIX ст. зявилася низка видатних науковців світового рівня: Микола Міклухо-Маклай; Микола Умов; Микола Бекетов; Олександр Ляпунов; Олександр Ковалевський; Ілля Мечников; Микола Гамалія; М. Пильчиков.

У другій половині XIX ст. піднесення відбувалося в гуманітарних науках. Широке визнання мав Микола Костомаров, який присвятив низку глибоких досліджень історії українських земель періоду Руїни та Гетьманщини. У 8090-х рр. XIX ст. почалася активна дослідницька діяльність молодого покоління істориків Олександра Єфименко, Михайло Грушевського та інших. Завдяки їхнім пошукам було вироблено загальну схему української історії від найдавніших часів. На початку XX ст. вийшли перші книги 10-томної «Історії України- Руси» Михайла Грушевського.

Значний внесок у вивчення історії Слобідської України зробив Дмитро Багалій, Лівобережжя Василь Барвінський. У 1908 р. в Петербурзі було видано українською мовою доступну широкому колу читачів ілюстровану «Історію України-Руси» Микола Аркаса.

У галузі дослідження історії української мови, літератури, фольклору плідно працював Павло Житецький. У рр. було видано «Українську граматику» Агатангела Кримського та чотиритомний «Словар української мови» Бориса Грінченка, де вдало поєдналися наддніпрянська і галицька говірки української мови. Значними були досягнення в різних галузях наук Володимира Вернадського.

Українські вчені та винахідники досягли успіхів у розвитку природничих наук і техніки. У Київському та Харківському університетах існували сильні школи математиків і фізиків. Київську алгебраїчну школу заснував математик Дмитро Граве. Значний внесок у розвиток різних галузей математики зробили харківські вчені Дмитро Синцов, Сергій Бернштейн, Володимир Стеклов. Фізик Дмитро Рожанський став основоположником Харківської школи радіофізики.

Важливими були досягнення біологів та медиків. Світове визнання здобули праці Олександра Країнського з мікробіології, Василя Данилевського з ендокринології, Миколи Трінклера із хірургії, Миколи Ланге із психології. Засновником Київської терапевтичної школи став Микола Стражеско. Епідеміолог і мікробіолог Данило Заболотний першим у світовій практиці відкрив шляхи поширення чуми та запропонував ефективні засоби боротьби з нею.

Першу карту геологічної побудови Донбасу, складену інженером Л. Лагутіним, у 1911 р. Відзначили золотою медаллю на Всесвітній виставці. Вихованці Київського товариства повітроплавання сконструювали перший у світі гідроплан, багатомоторний літак і вертоліт. Член товариства, військовий льотчик Петро Нестеров на основі математичних розрахунків розробив теорію вищого пілотажу. У 1913 р. він уперше в історії авіації продемонстрував «мертву петлю». Видатний авіатор Лев Мацієвич першим у світі висунув ідею створення авіаносців. Успіхи в повітроплаванні сприяли створенню авіаційної промисловості. Незважаючи на відсутність української державності, у другій половині XIX на початку XX ст. відбувалося формування основ української національної освіти та науки.