Значну допомогу промисловим підприємствам у відбудові енергетичної бази республіки надавали вчені Інституту енергетики АН УРСР, співробітники кафедр вузів Києва, Харкова, Одеси, Сталіно (Донецька), Дніпропетровська та інших міст. Науковці Донецького індустріального інституту без необхідної лабораторної бази взялися за відповідальне завдання по відкачуванню води з шахт, затоплених окупантами. Під час виконання цієї роботи на кафедрі гірничо-заводської механіки було розроблено й впроваджено у виробництво новий спосіб відкачки води за допомогою стиснутого повітря. Вагомим був внесок вчених у відбудову металургійних підприємств. Інститут чорної металургії АН республіки розв’язав питання про типове обладнання, можливості і характер використання старих машин і механізмів, про переобладнання підприємств металургійної промисловості на високому технічному рівні.
У повоєнні роки було внесено ряд змін в організацію наукових досліджень в УРСР. Зокрема, у 1952 р. з відділу фізико-хімічних і математичних наук АН УРСР виділився відділ фізико-математичних наук. У 1954 р. був утворений Кримський філіал академії. Розширилася мережа науково-дослідних установ в УРСР. Якщо у 1945 р. їх налічувалося 267, то у 1950 р. – 462, у т.ч. більше 30 академічних інститутів. Серед новостворених – харківські інститути радіофізики та електроніки, фізико-технічний низьких температур, львівські інститути – машинознавства та автоматики, геології, корисних копалин, київські інститути – металофізики, металокераміки і спецсплавів та ін. Зміцнювалася, хоча і повільно, матеріально-технічна база науково-дослідних установ, зростав кадровий потенціал.
У середині 1950-х рр. у складі академії налічувався 81 дійсний член та 100 членів-кореспондентів. У 1946 р. після смерті О.Богомольця президентом АН УРСР був обраний О.Палладін, відомий учений-біохімик.
Зусилля учених України спрямовувалися передусім на розв’язання актуальних проблем індустріального розвитку, створення нових видів озброєнь і техніки, на реалізацію “плану перетворення природи”. Попри всі труднощі морально-психологічного порядку, некваліфіковане втручання у наукове життя партійних і державних чиновників, репресії, українські учені збагатили науку багатьма фундаментальними розробками, винаходами й відкриттями. Зокрема, чимало зробили вони для розвитку ракетної техніки, космонавтики, використання атомної енергії у військових та мирних цілях. Учені України взяли активну участь у підготовці до запуску першого штучного супутника Землі у жовтні 1957 р., польоту в космос першої в світі людини. У 1956 р. генеральним конструктором будівництва космічних кораблів в СРСР став виходець з Житомирщини, колишній студент КПІ С.Корольов. Широке визнання як конструктор турбореактивних двигунів здобув академік А.Люлька. Одним з творців атомної зброї був генерал-лейтенант М.Духов.
Значними були досягнення математичних наук. Під керівництвом М.Лаврентьєва було створено новий напрям у теорії функцій – теорію квазіконформних відображень, що мало велике значення для подальшого розвитку газо- та гідродинаміки. Провадились дослідження у галузі квантової теорії поля, теорії ймовірностей, обчислювальної машинної техніки. 1947 р. в очолюваній С.Лебедєвим лабораторії моделювання та обчислювальної техніки Інституту електротехніки АН УРСР розпочато дослідження в галузі кібернетики. У 1948-1951 рр. тут під його керівництвом було створено першу в СРСР малу електронну обчислювальну машину “МЭВМ”. З 1949 р. в Інституті фізики під керівництвом М.Пасічника розгорнулися дослідження в галузі фізики атомного ядра. Проблеми атомної енергетики, ядерної фізики надвисоких енергій, ядерної фізики середніх енергій, фізики наднизьких температур, радіофізики успішно досліджували науковці Харківського фізико-технічного інституту АН УРСР. З 1948 р. розгорнулися дослідження в галузі порошкової металургії.
В Інституті електрозварювання АН УРСР, якому в 1945 р. було присвоєно ім’я його організатора академіка Є.Патона, досліджувався і впроваджувався у виробництво новий метод електрошлакового зварювання кожухів доменних печей, суцільнозварних мостів, суден, нафтових та газових резервуарів. Завдяки цьому методу стало можливим замінити нераціональні великі суцільнолиті і суцільноковані конструкції зварними з окремих, більш економічних відливок, поковок та товстолистового прокату. Цей спосіб вніс докорінну зміну у технологію важкого машинобудування – відпала потреба в будівництві нових цехів і заводів із складним устаткуванням. Син і учень Є.Патона Борис Патон створив теорію автоматів дугового зварювання, що допомогло розробити технології напівавтоматичного зварювання під флюсом.
Розроблені Інститутом електрозварювання принципи будівництва залізничних і шляхових мостів методом зварювання замість клепання знайшли застосування при спорудженні у 1953 р. (разом з Дніпропетровським заводом металоконструкцій та 1-м Мостозагоном) найбільшого на той час у світі суцільнозварного мосту через Дніпро у Києві довжиною понад 1,5 км та сприяли значному поширенню електрозварювання в мостобудуванні. З 1953 р. після смерті батька і донині Інститут електрозварювання очолює академік Б.Патон, який з 1962 р. є також і Президентом Академії наук України.
Українські вчені продовжували дослідження у різних галузях металургії, зокрема сталеплавильного процесу. Група науковців під керівництвом академіків АН УРСР М.Луговцева та М.Доброхотова розробила технологію застосування кисню в мартенівських печах. Цей метод сприяв підвищенню продуктивності виробництва сталі. У промислових масштабах кисень було застосовано в мартенах у 1952 р. на “Запоріжсталі” та “Азовсталі”. У 1956 р. на Дніпропетровському металургійному заводі ім. Г.Петровського вперше в промислових масштабах було впроваджено киснево-конверторний процес, який у наступні роки став основним напрямом розвитку сталеплавильного виробництва.
Значні результати були досягнуті в галузі хімічних наук. В Інституті фізичної хімії ім. Л.Писаржевського 1949 р. було вперше одержано важкий азот. Під керівництвом директора інституту О.Бродського було розроблено теорію розділення ізотопів, створено методи концентрування важкої води. Книга О.Бродського “Хімія ізотопів” (1952) стала першим у світовій науці підсумковим дослідженням у цій галузі хімії.
З другої половини 50-х рр. ХХ ст. у світі розпочалася науково-технічна революція, головні напрями якої – комплексна автоматизація виробництва, вдосконалення контролю і управління виробництвом, відкриття і використання нових видів енергії, застосування нових конструкційних матеріалів. Розширилася спеціалізація наук, що зумовило їх подальшу диференціацію та появу нових галузей наукових знань. Водночас характерною особливістю розвитку науки став процес взаємопроникнення окремих її галузей. У фундаментальних і прикладних науках часто виникали проблеми і завдання, що вимагали комплексного вирішення, використання даних не тільки суміжних, а й досить віддалених наук. Так, математичні методи досліджень все ширше знаходили застосування в економіці, нові фізичні й хімічні методи досліджень застосовувались у сільськогосподарській науці та медицині.
У зв’язку з цим виникла потреба привести рівень організації науково-дослідної роботи у відповідність з тими завданнями, які стояли перед технічними та природничими науками, з рівнем розвитку наукових знань, враховуючи появу нових галузей науки. Для розв’язання цих проблем було створено значну кількість науково-дослідних інститутів, а також відділів і лабораторій у вже існуючих. АН УРСР поповнилася рядом нових установ – інститутами радіофізики і електроніки, хімії полімерів та мономерів, металофізики та ін.
НТР, що бурхливо розвивалася в усьому світі, поставила перед вченими України складні завдання. У республіці велися дослідження з ряду ключових, визначальних напрямків науково-технічного прогресу. У 1964 р. у Фізико-технічному інституті АН УРСР був створений найбільший на той час у світі прискорювач електронів у 2 млрд електронвольт. Розширилася пошукова діяльність у галузі фізики твердого тіла, матеріалознавства, астрофізики і т.п.
Україна була одним з центрів розвитку кібернетики. За цикл праць із теорії цифрових автоматів академік В.Глушков у 1964 р. був удостоєний Ленінської премії. Українські вчені й інженери спроектували і створили цифрову машину “Київ” (1960), першу в СРСР машину управління широкого профілю “Дніпро” (1961), машини “Промінь” (1962), “Мир” (1964) та ін. Колектив українського Науково-дослідного конструкторсько-технологічного інституту синтетичних надтвердих матеріалів АН УРСР у 1961 р. одержав перші штучні алмази.
Світове визнання одержали дослідження українських вчених у сфері точних наук. Серед них – розроблені наприкінці 50-х рр. ХХ ст. академіком М.Боголюбовим нові методи квантової теорії поля і статичної фізики. Це дало можливість обґрунтувати теорію надтекучості і надпровідності.
Науково-дослідні установи АН УРСР, галузеві інститути хімічного профілю, а також кафедри вузів республіки зробили значний внесок у розвиток фізичної хімії, зокрема хімії ізотопів, кінетики, електрохімії, каталізу. В Україні почала розвиватися порівняно молода на той час галузь хімічної науки – хімія високомолекулярних сполук. Такі високомолекулярні сполуки як пластичні маси, синтетичний каучук, штучне волокно, різні лаки, почали широко використовуватися у виробництві. Зокрема, пластичні маси, що відзначаються малою питомою вагою, високою механічною міцністю, високими ізоляційними властивостями, почали широко використовуватись як замінники кольорових металів в авіапромисловості, автомобілебудуванні, електропромисловості та приладобудуванні.