Отечественная наука при Николае I продолжала развиваться в рамках тех тенденций, которые были заложены еще при Александре I.
В геометрии были сделаны открытия мирового значения. Так, в 1826 г. Н. И. Лобачевским была разработана неевклидова геометрия.
Российский ученый К. М. Бэр, написавший книгу «Всеобщий закон развития природы» (1834 г.), стал, фактически, предвестником Ч. Дарвина и его концепции.
Выдающийся российский хирург Н. И. Пирогов стал основоположником военно-полевой хирургии. Еще в годы Крымской войны Н. И. Пирогов осуществлял хирургические операции под наркозом прямо на поле боя, чего ранее в мире не делалось нигде. Благодаря врачебному мастерству доктора Н. И. Пирогова, были спасены тысячи жизней российских солдат.
Отечественные физики продолжали исследования в области электричества. В 1832 г. П. Л. Шиллинг создал первый в мире электрический телеграф, который был вполне готов к использованию на практике. В 1833 г. Э. Х. Ленц установил правило определения направления движущей силы индукции, известное как «закон Ленца». Уже в следующем году на основе этого открытия был разработан электродвигатель с вращающимся рабочим валом, а в 1840 г. Б. С. Якоби была изобретена гальванопластика — способ нанесения тонкого металлического слоя на некую поверхность при помощи электричества.
В 1839 г. в России была открыта Пулковская обсерватория, которая стала главным центром астрономических исследований.
В 1840 г. геологом Н. И. Кокшаровым была составлена первая геологическая карта европейской части России. В целом, отечественные геологи окончательно пришли к выводу, что Земля существует гораздо дольше, чем считалось ранее, а её поверхность подвержена изменениям с течением времени.
В 1840 г. химик Г. И. Гесс открыл основной закон термохимии, выражавший принцип сохранения энергии применительно к химическим процессам. Благодаря деятельности таких отечественных химиков как П. Г. Соболевский, В. В. Любарский, А. А. Воскресенский, Ю. Ф. Фрицше, Н. Н. Зинин были заложены основы для расцвета химии в России в конце XIX — начале XX вв.
В 1842 г. была издана первая экономико-географическая карта России. В 1848—1849 гг. и в 1850—1855 г. путешественник Г. И. Невельской сумел с севера обойти Сахалин, открыв некоторые новые, до этого неизвестные территории. В ходе этой экспедиции было окончательно установлено, что Сахалин является островом и не соединен с материком, как считалось ранее. Другой выдающийся русский путешественник Е. В. Путятин в ходе экспедиции 1852—1855 гг. открыл острова Римского-Корсакова. Е. В. Путятин стал одним из первых отечественных мореплавателей, кому удалось побывать в Японии. На основе проделанных за первую половину XIX века географических открытий, в 1845 г. в России было основано Русское географическое общество, ставшее главным центром географических исследований. В 1851 г. были открыты Кавказский и Сибирский отделы Русского географического общества. Общество внесло огромный вклад в изучение географии и народов России.
Научные достижения постепенно внедрялись в производство, способствуя осуществлению промышленного переворота в России. Но, к сожалению, технические нововведения в экономике оставались лишь редкой диковинкой, а не стали постоянным явлением в российской действительности.
