在近代历史上，积贫积弱的中国不仅在科技发展上乏善可陈，而且自1840年鸦片战争以后还逐步沦为半殖民地半封建的国家。一个有着光辉灿烂历史的文明古国就这样退出了世界科技舞台。
19世纪中叶，一批向西方寻求救国真理的中国先行者，倡导科学救国、教育救国，主张学习西方的先进科学技术。
于是中国开始有了出国求学者。1847年，来自广东香山南屏镇的容闳来到美国，3年后，他考入耶鲁大学。1854年，他又以优异的成绩从这所大学毕业，成为历史上毕业于美国大学的第一位中国人。1872年至1875年，清朝政府先后 派出四批共120名青少年到美国留学。1905年，中国废除了科举制度，清政府举行了第一次归国留学生考试。这些归国人员为引进西方的先进科学技术发挥了一定的作用。
1911年10月10日，在武昌爆发了辛亥革命。在民主革命先行者孙中山领导下，终于推翻了延续两千多年的封建专制帝制，中国走向共和。
孙中山是近代中国主张科学救国的先驱。但是，20世纪前叶的中国，动荡不安，科学技术事业发展的物质条件极差，所以发展依然很缓慢。
第一次世界大战结束后，为反对“巴黎和会”上帝国主义列强强加给中国的不平等条约，1919年5月4日，中国爆发了伟大的爱国救亡运动，即“五四运动”。“五四运动”提倡民主与科学，为中国近代科学的诞生扫清了道路。当时的留美学生赵元任、任鸿隽、杨铨、胡适等在美国发起组织了中国科学社，其宗旨是“联络同志，研究学术，共图中国科学之发达”，并创办了《科学杂志》。这是中国第一个科学家团体。
1928年6月9日，国民政府成立了当时中国的最高学术研究机构――国立中央研究院，著名教育家及科学家蔡元培先生为首任院长。1929年9月又组建了国立北平研究院。到1935年，全国各类专门的科研机构已超过了70个。国民政府在此后的十几年里，把各国发展科学技术的经验移植到了中国，形成了以轻工业为主体、通才教育和政府较少干预的欧美式科学技术发展模式。
中国北京猿人（俗称“北京人”）头盖骨化石的发现，是这个时期的重要科研成果。1929年12月2日下午4点多钟，刚从北京大学地质系毕业不久的裴文中和其他4名工人，在北平（即今北京市）附近的周口店龙骨山洞穴堆积层中，发现了一个半露在地面的猿人头盖骨。这就是后来名扬中外的北京猿人的第一个完整头盖骨。
这时的中国科技界已不再与国际科技界隔绝，科技交流逐渐增加。一批有成就归国科学家，成为当代中国科学技术发展的领军人物。其中包括地质学家李四光，地理及气象学家竺可桢，林学家梁希，物理学家叶企逊、周培源、吴有训，空间物理学家赵九章，化工学家侯德榜，土木科学家茅以升等。叶企逊、吴有训、周培源、王淦昌、谈家桢等一批中国的杰出人才出国深造。近代力学奠基人、航空动力学大师冯.卡门，控制论之父维纳，量子力学创始人之一尼尔斯.玻尔等先后到过中国。
抗日战争（1937－1945）爆发后，中央研究院及各研究所先后内迁至四川、广西和云南，在艰苦的环境下坚持科学研究。一批日后颇有成就的科学家，如李政道、杨振宁、黄昆、吴文俊、朱光亚和林家翘等，都是这个时期培养出来的佼佼者。美籍华人李政道和杨振宁，一起获得1957年的诺贝尔物理学奖。