В XIX в. началось шествие немеханических идей. Платформу для этого создала термодинамика и статистическая физика. Российская наука активно вошла в полосу термодинамического мышления. Среди ярких ее представителей стоит назвать академика Германа Ивановича Гесса. Он распространил изучение тепловых явлений на область химии, открыл основной закон термохимии, обосновал закон сохранения энергии в применении и к физическим, и к химическим процессам. Из его трудов вытекало новое направление в исследовании самопроизвольных процессов в сложных системах. Впоследствии оно получило мощную поддержку в трудах американского ученого Дж. Гиббса.
Революция в химии во многом оказалась связана с работами русских ученых. A.M. Бутлеров заложил основы органической химии, обосновал новые принципы молекулярного строения и структуры химических веществ, первым объяснил явление изомерии. Н.Н. Зинин разработал фундаментальные методы химического синтеза, впервые синтезировал анилин, проложил пути промышленного производства, красителей, душистых веществ, лекарств. Д.И. Менделеев открыл и обосновал закон периодической зависимости свойств химических элементов от их атомных весов, составил периодическую систему химических элементов. Он продемонстрировал существование новых типов законов природы, отличных от законов механической физики. Он же осуществил важный поворот науки к технологическим разработкам, предложив промышленный способ фракционного разделения нефти.
Русские ученые XIX в. оказались на острие прорыва в разработке вероятностных идей. Мировой авторитет приобрели груды П.Л. Чебышева, который доказал в общей форме закон больших чисел. Всеобщее признание и широкое применение получила теория вероятностных процессов, разработанная математиком А.А. Марковым.
В большой степени русские ученые содействовали разработке новых идей и принципов познания в области биологических наук. И.М. Сеченов обосновал рефлекторную теорию сознательной и бессознательной деятельности, ввел объективные методы в изучение психических явлений. Он открыл механизмы центрального торможения в мозговых процессах, создал объективную психологию поведения. И.И. Мечников обосновал фундаментальные идеи в области эволюционной эмбриологии, создал фагоцитарную теорию в иммунологии, стал основателем современной геронтологии и танатологии, разработал учение об ортобиозе - оптимистическом стиле жизни. Он наметил поворот науки к проблемам, которые становятся чрезвычайно актуальными в наше время. И.П. Павлов создал учение о высшей нервной деятельности, исследовал механизмы второй сигнальной системы. Он ввел в науку так называемый хронический эксперимент, позволяющий изучать здоровый организм. Его идеи и разработки оказали огромное влияние на развитие медицины, психологии, педагогики.
Удивительные революционные скачки и метаморфозы продемонстрировала отечественная наука в XX столетии. Ее революционный подъем оказался связанным с развитием советского государства, с чрезвычайными методами управления, с тоталитарным контролем государства над всеми ресурсами общества. Огосударствленной науке был задан импульс на встраивание в крупномасштабные проекты индустриализации страны и в решение проблем военно-промышленного комплекса. Параллельно разрабатывались механизмы взаимодействия науки и системы образования.
В глобальную научную революцию отечественная наука включалась сразу по многим направлениям своего развития. Впервые в истории она оказалась способна обеспечивать широкий фронт передовых научных исследований.
Путь к вершинам мировой науки и к внедрению новых парадигм научного познания прокладывали представители русского космизма. К.Э. Циолковский стал основоположником космонавтики. С его именем связан один из решающих прорывов науки и техники XX столетия. Он обосновал необходимость и возможность использования ракет для межпланетных сообщений, предложил инженерные решения по конструированию ракет и жидкостных реактивных двигателей. Им разработан проект расселения человечества в Солнечной системе и в звездных мирах. Научные разработки К.Э. Циолковского стали базой для реального выхода людей в космос, обеспеченного усилиями нового поколения разработчиков (С.П. Королев и др.). Отечественные космические аппараты стали работать на Луне, достигли Венеры, исследовали кометы, была создана орбитальная станция «Мир» и т.д. Были созданы система ГЛОНАСС - глобальная спутниковая система навигации, спутниковое телевидение, организовано цифровое спутниковое вещание (НТВ+).
В становлении и развитии современной научной картины мира исключительно велика роль В.И. Вернадского. В центре его идей - разработка целостного учения о биосфере, живом веществе, организующем земную оболочку, и об эволюции биосферы в ноосферу. Для ноосферы человеческий разум и деятельность, научная мысль становятся определяющими факторами развития, приобретающими глобальную мощь. Идеи В.И. Вернадского оказали глубокое влияние на формирование современного экологического сознания.
Современные исследователи науки признают выдающееся значение квантовой физики для развития нового научного мировоззрения и для процесса технологизации науки. Надо отметить, что вклад в разработку квантовой физики внесли многие ученые, в том числе и отечественные. Упомянем здесь труды Л.Д. Ландау, который разработал идею комбинированной четности, создал теорию колебаний электронной плазмы, теорию ферми-жидкости, теорию сверхпроводимости.
Отечественная наука в свое время опередила мировую науку в новом революционном направлении, которое связано с соединением фундаментальной физики и технологии. Организацию подготовки научных кадров нового типа начинал А.Ф. Иоффе, создав физико-технический институт. Он же является одним из основоположников современной микроэлектроники и создателем науки о полупроводниках. Их открытие справедливо относится к числу крупнейших в физике XX столетия.
Усилиями отечественных ученых были совершены прорывы в области физики низких температур, в области сверхпроводимости и сверхтекучести, в области исследования и разработки мазеров и лазеров (П.Л. Капица, В.Л. Гинзбург, М.Г. Басов, А.Н. Прохоров). Ж.И. Алферов создал направление, которое определяется как физика