В эти же годы были созданы практически все республиканские Академии наук, и почти на треть увеличилось число крупных научно-исследовательских институтов. В этот период были созданы Институт атомной энергии (1943), Институт экспериментальной и теоретической физики (1945), Институт физической химии (1945), Институт точной механики и вычислительной техники (1947), Институт ядерных проблем (1949), Институт радиотехники и электроники (1953), Институт прикладной геофизики (1953) и многие другие.
В послевоенные годы особый упор был сделан на ускоренном развитии тех отраслей научных знаний, которые имели прикладное и оборонное значение — ядерная физика, физика полупроводников, биохимия, биофизика, радиационная биология и т.д. Особое внимание руководство страны уделяло работам в области исследования атомной энергии, где крупнейшие открытия были сделаны многими советскими учеными, в том числе академиками А.И. Иоффе, П.Л. Капицей, И.В. Курчатовым, А.И. Алихановым, И.К. Кикоиным, Г.Н. Флёровым, Ю.Б. Харитоном и Я.Б. Зельдовичем. Результаты этих теоретических и экспериментальных работ не только позволили быстро осуществить управляемую ядерную реакцию в атомном реакторе (1946), в кратчайшие сроки создать атомную (1949) и водородную (1953) бомбы, но и начать строительство первой в мире Обнинской атомной станции (1949—1954).
В это же время академики С.И. Вавилов, И.Е. Тамм, И.М. Франк и П.А. Черенков внесли крупнейший вклад в изучение и теоретический анализ явлений люминесценции, за что позднее были удостоены Нобелевской премии по физике. Кроме того, крупнейшие советские физики продолжали вести успешные исследования в области физики полупроводников (А.И. Иоффе), теоретической физики (Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, С.И. Алиханов), химической физики (Н.Н. Семенов) и т.д.
В области математических наук крупные достижения были достигнуты в сфере создания первых электронно-вычислительных машин и теории алгоритмов (М.В. Келдыш), разработки аналитической теории чисел и создании метода тригонометрических сумм (И.М. Виноградов), математической физике, вычислительной математике и функционального анализа (С.Л. Соболев), теории функций, функционального анализа и алгебраической топологии (А.Н. Колмогоров, М.А. Лаврентьев) и т.д.
Крупнейшие теоретические и прикладные открытия советских физиков и математиков дали мощный импульс развитию отечественной инженерной мысли, в том числе прикладной механики и ракетостроения, где огромную роль сыграли С.П. Королев, В.П. Глушко, В.П. Мишин, Б.Е. Черток, М.К. Янгель, В.Н. Челомей и многие другие выдающиеся ученые.