Переход общества от традиционно-патриархальной стадии развития к индустриальной предъявлял новые требования к образованию. В начале XX в. в России действовала система, сложившаяся в 60-х гг. предыдущего столетия. Продолжался рост грамотности, числа начальных, средних школ и высших учебных заведений и количества учащихся в них. Однако большая часть населения страны оставалась неграмотной. Закон о всеобщем начальном образовании так и не был принят. Российское государство оказалось не в состоянии решить проблемы образования населения и подготовки кадров специалистов. В этих условиях большую роль сыграла общественность и частные лица. Они активно организовывали учебные заведения, в том числе высшие, профессионально-технические, воскресные школы для рабочих и т.д. Это в некоторой степени восполняло потребности страны в грамотных людях и квалифицированных специалистах.
Главным научным учреждением России продолжала оставаться Академия наук. Серьезные разработки велись также в университетах и специальных высших учебных заведениях. Например, крупная школа физики сложилась в Петербургском политехническом институте. В стране существовало несколько сотен научных обществ. Они организовывали исследования, экспедиции, проводили съезды, публиковали труды ученых.
Среди выдающихся деятелей русской науки следует назвать физиологов И. П. Павлова, работавшего в области изучения высшей нервной деятельности человека, и И. И. Мечникова, занимавшегося проблемами иммунологии. Они были единственными в то время русскими лауреатами престижной в XX в. международной Нобелевской премии. В. И. Вернадский явился основателем новых наук — геохимии, биогеохимии, радиогеологии. Он выдвинул идею ноосферы — поверхности земли, преображенной человеком. На этой идее основана современная экология. Изобретателем противогаза стал химик Н. Д. Зелинский. Физик П. Н. Лебедев впервые измерил световое давление. Большой вклад в теорию воздухоплавания внес Н. Е. Жуковский. У истоков современной космонавтики стоял К. Э. Циолковский. Г. Я. Седов посвятил свою жизнь исследованию Севера, внес свой вклад в подготовку освоения Северного морского пути. Крупными историками были В. О. Ключевский, С. Ф. Платонов, создавшие курсы лекций по отечественной истории, Н. П. Павлов-Сильванский, исследовавший проблемы русского феодализма. Вклад в историческую науку внесли ученые, принадлежавшие к разным направлениям общественно-политической мысли: консерваторы М. К. Любавский и М. М. Богословский, либералы П. Н. Милюков и А. А. Кизеветтер, марксисты М. Н. Покровский и Н. А. Рожков. В трудах Е. В. Тарле, Р. Ю. Виппера, П. Г. Виноградова успешно разрабатывалась история западных стран. С. А. Жебелев, Б. А. Тураев, В. В. Бартольд работали в области египтологии, востоковедения, истории античного мира.
Большое развитие получила экономическая наука. Ее крупными деятелями были А. И. и А. А. Чупровы, А. А. Кауфман, П. Б. Струве, В. И. Ленин, С. Н. Булгаков, С. Ю. Витте. В литературоведении сложился ряд школ: культурно-историческая, рассматривавшая литературу как форму общественного сознания, сравнительно-историческая, сопоставлявшая литературу разных народов, психологическая, занимавшаяся преимущественно психологией творчества и восприятия литературного текста. Расцвета достигла русская религиозная философия. Ее крупнейшими представителями начала века были С. Н. Трубецкой, В. В. Розанов, Н. А. Булгаков. Проблемами социологии занимались Е. В. де Робертии М. М. Ковалевский.
Специфика развития отечественной науки заключалась в большем внимании общества к гуманитарным и общественным дисциплинам. Технические, естественно-научные специальности были востребованы меньше, их достижения слабо внедрялись в производство. Это приводило к отставанию России в технико-экономическом отношении от передовых стран.