Наукові товариства, які існували в Харкові на початку XX століття, своєю дослідницькою, видавничою, лекційною роботою сприяли координації наукових досліджень, надавали науковцям фінансову допомогу, допомагали обміну науковими розробками між вітчизняними та зарубіжними вченими і, нарешті, популяризували наукові дослідження серед широкої громадськості, сприяли демократизації наукових знань. Більшість наукових товариств були створені при Харківському університеті: історико-філологічне, математичне, юридичне, природничих досліджень, фізико-хімічних наук, наукової медицини і гігієни, хірургічне.
Дослідженнями в різноманітних галузях науки займалося найстаріше в Україні Товариство дослідників природи, що існувало ще з 1863 року. Воно вивчало природні ресурси краю, геологію, рельєф, ґрунти, клімат, флору та фауну. Товариство видавало свої наукові праці (на 1904 р. вийшло у світ 38 томів від 25 до 28 друкованих аркушів кожен, де було надруковано 4450 повідомлень і статей) та численні додатки до них.
Найбільш плідною виявилася робота Історико-філологічного товариства при Харківському університеті, статут якого було затверджено ще в 1876 р., а перше засідання відбулося 28 лютого 1877 року. Товариство було одним із найбільш популярних учених товариств в Україні. Сорок з лишком років дореволюційної діяльності воно з гідністю виконувало важливі наукові завдання, головним чином вивчаючи місцеву слобожанську історію. Існує думка, що дослідження краю фактично й почалося із заснування товариства, а розвиток місцевих наукових знань був тісно пов'язаний зі зростанням та розвитком самого товариства. В товаристві вчені працювали над проблемами історії мови і словесності, історії розвитку правових відносин і правових інститутів, історії церкви, історії мистецтв, археології та етнографії. Крім того, товариство за роки діяльності створило педагогічний відділ, етнографічний музей, історичний архів з відділом листів і паперів місцевих видатних діячів, дві бібліотеки — педагогічної літератури і літератури документально-довідкового характеру, організувало наукові лекції для жіноцтва, які стали основою для створення Вищих жіночих курсів. Товариство видавало вчені праці — «Збірники», що містили статті і матеріали, перш за все, з історії Слобідської України, української літератури, праці загального характеру, археологічні відомості, історичні документи, фольклорний матеріал, дослідження з етнографії.
Одним із найбільших науково-практичних товариств було Харківське медичне товариство, створене зусиллями лікарів усього міста з ініціативи професора В. Ф. Грубе в 1861 році. На початок XX століття науково-педагогічна діяльність товариства полягала в розробці актуальних проблем медицини, влаштуванні курсів і лекцій з метою перепідготовки лікарів. Із 1866 до 1904 р. Медичне товариство взяло за правило публікувати найбільш цікаві доповіді, прочитані на його засіданнях, у своїх «Працях». Із 1904 р. товариство почало видавати періодичний орган «Харківський медичний журнал», яким цікавилися не лише медики-науковці, а й практикуючі лікарі. Наукова бібліотека Медичного товариства нараховувала більше 10 тис. томів спеціальної літератури. Найбільше читачів збирав журнальний відділ бібліотеки, який одержував усі російські та багато іноземних медичних видань.
Товариство стежило за санітарним станом міста, особливо водопроводу, м'ясобоєнь, базарів, продуктових лавок тощо. Неодноразово міське управління зверталося до Медичного товариства з проханням про проведення дезінфекції відпрацьованих заводських вод. Під час російсько-японської війни товариство організувало бактеріологічно-гігієнічний загін, який був відправлений на фронт.
Товариство проводило значну благодійницьку роботу, яка полягала у створенні безплатної лікарні для бідних, стаціонару для хворих на 10 ліжок, притулку для безнадійно хворих.
Одним із найбільш масових товариств було Південноросійське товариство технологів, започатковане під час святкування 10-річчя Харківського технологічного інституту в 1895 році. Серед його фундаторів — ректор Харківського технологічного інституту В. Кирпичов, професори Є. Зубашев, В. Зернов та ін. У 1910 р. у зв'язку з активізацією наукових досліджень у галузі аеронавтики і зростанням інтересу до авіаційної справи при Харківському відділенні товариства відкрили повітроплавальний відділ, який очолили інженери В. Мороховець і Г. Окуліч-Козарін. У 1910 р. у місті відбулася виставка аероплана, винайденого і власноручно зібраного з вітчизняних матеріалів харківським конструктором. Відділ видавав у 1911 — 1913 рр. журнал «Тяжелее воздуха», а також відкрив школу пілотів та організував перший в Україні аероклуб.
Наука у міжвоєнних роках (1917-1941)
Вельми суперечливим виявився і розвиток науки у зазначений період. Суттєві зміни відбулися насамперед в організаційній структурі та системі управління наукою. Як відомо, основним структурним елементом науки в СРСР став науково-дослідний інститут. Не торкаючись вельми дискусійного питання про причини та наслідки таких новацій, зазначу лише, що Харків перш за все став тим містом України, де створювалася мережа таких інститутів. Серед перших були інститути медичного профілю. Бурхливий розвиток ендокринології у 30-і роки призвів до відкриття інсуліну, тестостерону та ін. Уперше в СРСР інсулін було вироблено саме в Харкові в органотерапевтичному інституті.
У 1920 р. виникла Українська рентгенівська академія (тепер — Інститут медичної радіології ім. С. П. Григор'єва Академії медичних наук України). У 1930 р. для цього наукового закладу збудували спеціальне приміщення. Це одна з найцікавіших споруд, виконаних у стилі функціоналізму. Цікаво, що перший радій для дослідницької роботи академія отримала від Марії Склодовської-Кюрі. Про певні успіхи в цій галузі свідчить той факт, що у 1931 р. в Харкові був проведений перший Всесоюзний з'їзд онкологів, а в 1936 р. за ініціативою інституту було створено Українське товариство онкологів.
З кінця 20-х років спостерігається безпрецедентне зростання прикладної науки, яке здебільшого пов'язують із запитами виробництва, індустріалізацією країни. Аналогічні процеси відбувалися й у інших країнах. За визначенням історика науки Д. Бернала, «етап 20 —30-х років XX століття являв собою епоху промислової науки». Однак при цьому в СРСР зв'язок науки і виробництва значно відрізнявся від тих форм, які спостерігалися в інших країнах, оскільки в умовах панування державної власності було створено державну систему управління наукою. Зокрема, управління прикладною наукою було побудовано за галузевим принципом. На межі 20— 30-х років у Харкові виникло чимало таких галузевих науково-дослідних інститутів. У 1927 р. було поставлено завдання про реорганізацію однієї з небагатьох на той час проектних організацій у Харкові — Українського відділення Ленінградського діпромезу (інститут з проектування металозаводів). На початку наступного року це питання було вирішено — виник Укрдіпромез. У 1930 р. з нього виділився Укрдіпромаш, потім Діпросталь, ВНДІчормет, інститут проблем машинобудування та ін. На початок 1940 р. в Харкові нараховувалось уже 46 науково-дослідних та проектних інститутів.
Плідно розвивалася й заводська наука в лабораторіях та КБ. Слід сказати, що у цей час наукові установи і підприємства працювали разом над вирішенням багатьох не лише інженерних, а й наукових проблем. Не випадково у вересні 1937 р. до складу того ж ХПЗ було включено Український науково-дослідний авіадизельний інститут, який до цього з 1929 р. існував як лабораторія Українського НДІ промислової енергетики, а в 1932 р. став самостійним інститутом. На заводі інститут став базою нового дизельного відділу.
Видатними були дослідження українських учених у галузі хімії, фізичної хімії і фізики. На особливу увагу при цьому заслуговує діяльність Українського фізико-технічного інституту (УФТІ) — наукової установи академічного профілю, створеної у Харкові у 1928 р. за ініціативи академіка А. Ф. Йоффе. Мотивуючи необхідність організації в Україні фізико-технічного інституту на засіданні колегії Науково-технічного управління ВРНГ УСРР А. Ф. Йоффе, зокрема, сказав: «У перші десять років радянської влади фізика концентрувалася у містах Москві і Ленінграді. Процес створення у цих містах фізичних інститутів викачав з країни всі таланти. Тепер прийшов час децентралізації фізики, час створення інститутів на периферії. Централізація надзвичайно небезпечна. Однією з причин високого стану техніки в Німеччині є децентралізація. Наукові центри розкидані там по всій країні, що збільшує її загальний культурний рівень і живить науку. Інститут, який має бути пов'язаний з промисловістю, повинен бути там, де є заводи, де є промисловість. Отже, доцільно створити центр саме в Харкові. Якщо погодитися з тим, що тут має бути центральна лабораторія низьких температур, то дуже важливо, щоб вона мала центральне становище в Союзі». Вже в перші роки існування інституту проф. Д. Д. Іваненко, який очолював відділ теоретичної фізики в УФТІ, висловив ідею протонно-нейтронної моделі ядра, що нині є загальновизнаною. 10 жовтня 1932 р. харківським науковцям (А. К. Вальтеру, Г. Д. Латишеву, О. І. Лейпунському, К. Д. Синельникову) другими у світі (після Резерфорда в Англії) вдалося здійснити розщеплення ядра літію прискореними протонами. З цього часу вивчення атомного ядра стало одним із головних наукових напрямів інституту.
У травні 1934 р. в Харкові відбулася Всесоюзна конференція з теоретичної фізики. На конференцію приїхали відомі фізики-теоретики, у тому числі й Нільс Бор. На ній були присутні В. Фок, Я. Френкель, І. Тамм та інші вчені. Тут Дірак, Фок і Подольський виконали класичну працю з квантової електродинаміки. Дірак був обраний почесним членом ученої ради УФТІ, а Капиця і Гамов були науковими консультантами інституту. В УФТІ Ландау почав створювати свій багатотомний «Курс теоретичної фізики», який набув всесвітнього визнання.