1949年11月，在原中央研究院和北平研究院的基礎上成立了中國科學院，作為新中國的主要政府研究機構，並在隨後的幾年裏陸續成立了中國科協、中國氣象局、國家地質部等科學技術協調與研究機構。中國的科學技術發展進入了嶄新的歷史階段。
新中國的建立，激發了大批海外學子的殷殷報國心。正在美國伊利諾伊大學任教的著名數學家華羅庚，聽到中華人民***和國成立的消息後異常興奮，毫不猶豫地放棄了在國外的終身教授職務和優厚的生活待遇，毅然回國。
1955年，航空動力學家馮·卡門的學生、時任美國加利福尼亞理工學院教授的錢學森，歷經險阻，回國效力。後來的幾十年間，他為發展中國的國防科技作出了特殊貢獻。
到1957年，歸國的海外學人已經有3000多人，約占新中國成立前在海外留學生和學者的壹半以上。他們克服重重困難，紛紛回到祖國，大多數人成為新中國科學技術發展的奠基人或開拓者。在中國科學院選定的第壹批233名學部委員（後改稱院士）中，近2/3是這批歸國的海外學人。
同時，中國政府大力培養科學技術人才，建立科研機構。在短短的時期裏，中國初步形成了由中國科學院、高等院校、國務院各部門研究單位、各地方科研單位、國防科研單位五路科研大軍組成的科技體系。
1956年是中國現代科學技術發展史上的壹個重要裏程碑。是年1月，中國提出了“向科學進軍”的口號。科學技術事業開始進入了壹個有計劃的蓬勃發展的新階段。
這壹年，中國政府成立了國家科學規劃委員會，組織全國600多位科學家和技術專家，制定出中國第壹個發展科學技術的長遠規劃，即《1956年至1967年科學技術發展遠景規劃》，擬定了57項重大任務。此規劃提出的主要任務於1962年提前完成，從而奠定了中國的原子能、電子學、半導體、自動化、計算技術、航空和火箭技術等新興科學技術基礎，並促進了壹系列新興工業部門的誕生和發展。在提前完成《1956年至1967年科學技術發展遠景規劃》的基礎上，中國又制定了《1963年至1972年科學技術規劃綱要》（簡稱《十年規劃》）。
中國政府在1958年對科技管理機構進行調整合並，成立了國家科學技術委員會、國防科學技術委員會。各省（自治區、直轄市）、市、縣陸續成立了各級科委，形成了中國的科學技術管理體系。中國科學技術事業進入了國家計劃下的現代發展時期。
1964年，周恩來總理在政府工作報告上首次提出要實現工業、農業、國防和科學技術現代化，簡稱“四個現代化”。
在此期間，科技事業得到迅速發展。1959年，地質學家李四光等人提出了“陸相生油”理論，打破了西方學者的“中國貧油”說；1960年，物理學家王淦昌等人發現反西格瑪負超子; 1964年，中國第壹顆原子彈裝置爆炸成功；1965年，生物學家們在世界上首次人工合成牛胰島素。在此過程中，中國形成了壹批學科較齊全、設備較好的研究所，培養了壹支水平較高、力量較強的科研隊伍。到1965年，全國科學研究機構已達到1700多個，從事科學研究的人員達到12萬人。這是中國科學技術事業繼續發展的基礎