Одним из главных направлений в фундаментальных научных исследованиях стали работы по использованию атомной энергии под руководством академика И. В. Курчатова и разработки ракетных систем под руководством С. П. Королева. Большой вклад в это дело внесли такие крупнейшие ученые, как А. Д. Сахаров, Я. Б. Зельдович, И. Е. Тамм, Ю. Б. Харитон. Результатом стало осуществление в декабре 1946 г. ядерной цепной реакции в первом в Европе атомном реакторе. В 1948 г. был пущен первый промышленный уран-графитовый реактор, а в августе 1949 г. прошло испытание советской ядерной бомбы. Работы С. П. Королева, назначенного главным конструктором по созданию комплексов автоматических управляемых ракет дальнего действия, привели к запуску в 1948 г. первой отечественной управляемой ракеты дальнего действия Р-1, а в 1949 г. — первой высотной геофизической ракеты В-1-А.
В интересах оснащения армии новыми видами вооружений бурными темпами развивалась авиационная наука и техника. В апреле 1946 г. стартовали реактивные истребители Як‑15 и МиГ‑1. Новые типы самолетов и авиационных двигателей разрабатывали А. Н. Туполев, С. В. Ильюшин, А. С. Яковлев, О. К. Антонов, А. И. Микоян и др.
В 1946 г. вошла в строй в Москве первая ультракоротковолновая радиостанция.
В 1951 г. под руководством академика С. А. Лебедева была смонтирована первая советская ЭВМ.
Значительные успехи были достигнуты в развитии математики, механики, физики, астрономии, некоторых отраслей химии.