Науково-дослідна робота здійснювалася головним чином викладачами університетів і ліцеїв. У ній брали участь також деякі заможні особи, що не обіймали державних посад, а жили за рахунок прибутків з власних маєтків. У галузі математики відзначився професор Харківського університету Т. Осиповський, тритомна праця якого «Курс математики» тривалий час була основним навчальним посібником для студентів. У стінах університету успішно розвивалися медичні науки (П.М. Шумлянський, І.П. Каменський та ін.). Харківські та київські вчені проводили дослідження з астрономії, фізики, ботаніки, геології, географії, хімії тощо.
У Київському університеті працював талановитий вчений І. В. Вернадський (батько першого президента АН УРСР В. І. Вернадського). Ще студентом він одержав медаль за дисертацію з філософії. Після закордонного наукового відрядження вчений захистив 1847 р. у Петербурзі магістерську дисертацію «О теории потребностей». За клопотанням ради Київського університету у лютому 1848 р. його було призначено ад'юнктом кафедри політекономії та статистики. Через два роки у Московському університеті І.В. Вернадський захистив дисертацію на ступінь доктора історичних наук, політичної економії та статистики і з 1850 р. викладав там ці дисципліни.
У розвиток філософської думки чільний внесок зробив І. Рижський — перший ректор Харківського університету. Видатний словесник свого часу, Рижський надавав важливого значення взаємозбагаченню мов і культур різних народів, своєю практичною діяльністю сприяв підготовці фахівців для дальшого поступу української культури.
Еволюція тогочасної філософської думки відбувалася також під впливом ученого, просвітителя і громадського діяча Василя Каразіна (1773-1842). На його думку, різні народи повинні жити в дружбі та злагоді, оскільки їхні спільні зусилля прискорюють просування всього людства шляхом прогресу. І може й правий був мислитель, вважаючи, що у соціальному відношенні «повної рівності між людьми не може бути тому, що її немає в природі». Визнаючи освіту важливим чинником суспільного розвитку, Каразін зазначав, що лише вона може забезпечити незалежність Росії від усякого зовнішнього тиску. Вчений надавав великого значення філософській науці, висновки якої є теоретичною основою інших галузей знань, літератури і мистецтва, прогресу людства в цілому, прагнув до поєднання науки з практичною діяльністю. Сам він може бути взірцем втілення своєї філософської концепції щодо освіти (його внесок у заснування Харківського університету), застосування наукових відкриттів у виробництві (у власному маєтку в с. Кручик Харківської губернії).
Славну сторінку в історію не лише суспільно-політичної, а й філософської думки вписали дворянські революціонери-декабристи. За переконанням П. Пестеля та його однодумців В. Раєвського, М. Крюкова, філософія покликана сприяти революційному оновленню світу. Будучи добре обізнаними із становищем українського народу, вони обстоювали спільність його інтересів з російським народом. Більшість декабристів поділяли матеріалістичний погляд на природу, проте у поясненні історичних явищ залишались ідеалістами. Ідеї перших дворянських революціонерів ставали надбанням широкого кола освічених людей, зокрема завдяки публікаціям в «Украинском вестнике», «Укра-инском журнале», що видавалися Харківським університетом.
Прагнення передової інтелігенції принести користь своєму народові виявилося і у розгортанні спочатку аматорської, а згодом наукової етнографічної діяльності. Біля витоків українського народознавства стояв видатний вчений М. Максимович. Зокрема, видані ним 1827 р. «Малороссійскія песни» згодом дослідники назвали «золотою книгою для українства». 1834 р. Максимовича було призначено ректором новоствореного Київського університету. Автор понад 100 різнопланових за проблематикою праць з археології, етнографії, фольклористики, ботаніки, філології та мовознавства, він розвивав матеріалістичні погляди на природу і справедливо вважається одним з перших еволюціоністів на Україні.
В українській науці Максимович посідає почесне місце і як історик. Він підтримував ломоносівську теорію слов'янського походження Давньоруської держави, виступав за дружбу російського і українського народів, вважаючи їх близькими за історичним корінням і культурою. Максимович розгорнув широку діяльність по залученню аматорів і науковців до вивчення історії та археології Києва. За його ініціативою у 1835 р. почав функціонувати Тимчасовий комітет для розшуку старожитностей, що став базою для створення 1843 р. Тимчасової комісії для розгляду давніх актів, її члени — відомі історики М. Ф. Берлінський, М. І. Костомаров, М. Д. Іванішев і багато інших. Зокрема, вони зібрали чималий корпус першоджерел, які склали основу документальних фондів Архіву давніх актів, створеного 1852 р. при Київському університеті.
У формуванні історичної свідомості українців важливу роль відіграла п'ятитомна «История Малороссии» М. А. Маркевича, видана у 1842—1843 рр. Видатний історик та етнограф започаткував новий історичний підхід до руху за приєднання до Росії, вперше в українській історіографії звернув увагу на соціальну несправедливість, що викликала активне незадоволення рядових козаків і селян. Позитивно висвітлюючи визвольну боротьбу народних мас під проводом К. Косинського, С. Наливайка, Т. Трясила, Б. Хмельницького, Маркевич виступав за право України на самостійний розвиток, висунувши таким чином альтернативу офіційним концепціям М. Карамзіна, М. Погодіна, М. Устрялова, які заперечували факт існування українського народу та ігнорували його національні інтереси.
Радикальні зміни в економіці, позитивні зрушення в освіті зумовили інтенсивний розвиток науки в другій половині XIX ст. Основними осередками, які продукували та популяризували наукові знання, були Харківський, Київський та Новоросійський (нині — Одеський) університети. Водночас у 70—80-х роках з метою концентрації інтелектуального потенціалу, координації досліджень, організації ефективного обміну науковою інформацією було створено низку наукових товариств — Харківське, Київське, Одеське товариства дослідників природи; Харківське математичне, Київське фізико-математичне товариства; Історичне товариство Нестора Літописця в Києві, історико-філологічні товариства в Харкові, Ніжині, Наукове товариство ім. Шевченка у Львові та ін.
Особливого розвитку в пореформений період набули природничі науки. Світове визнання здобув доробок науковців, які працювали в Україні. Математик О. Ляпунов створив загальну теорію стійкості та рівноваги руху механічних систем. Хімік М. Бекетов став одним із засновників нової науки — фізичної хімії. Зоолог І. Мечніков заклав підвалини порівняльної патології, еволюційної ембріології, мікробіології. Разом з мікробіологом М. Гамалією 1886 р. у Одесі він заснував першу в Російській імперії та другу в світі бактеріологічну станцію для щеплення проти сказу. Фізіолог І. Сєченов став засновником російської фізіологічної школи, а фізик М. Авенаріус — школи молекулярної фізики. У другій половині XIX ст. відбулися значні зрушення і в сфері гуманітарних наук. На нові рубежі виходить історична наука. Саме в 40—90-х роках процес збирання, систематизації та публікації історичних матеріалів та джерел вступив у вирішальну фазу — було створено Київський центральний архів (1852), опубліковано 35 томів «Архива Юго-Западной России» (1859— 1914), протягом 1863—1892 pp. Археографічна комісія в Петербурзі видала 15 томів «Актов, относящихся к истории Южной и Западной России». Така потужна джерельна база дала змогу розширити проблематику історичних студій, посилити аргументованість тверджень та концепцій, збільшити кількість наукових праць з історії.
Історична наука не існувала ізольовано від суспільних процесів, і тому народницька ідеологія, що була досить популярною в пореформений період, знайшла відображення в працях вітчизняних істориків. М. Костомаров та В. Антонович стали основоположниками народницького напряму в українській історіографії. На відміну від своїх попередників, які основну увагу приділяли державі та коронованій еліті, вони зосереджувалися на вивченні історії народу, його ідеалів, вірувань, устремлінь, досліджували рух народу в просторі й часі, тенденції його економічного, політичного, культурного життя, боротьбу за свої права. Представниками народницької школи в українській історіографії були також М. Грушевський, В. Іконніков, О. Єфименко, Д. Яворницький, Д. Багалій, М. Довнар-Запольський та ін.
Оригінальним філософом цієї доби став П. Юркевич, науковий доробок якого є своєрідним підсумком української класичної філософії XVIII—XIX ст.
Вагомим був внесок у розвиток вітчизняної філології видатного мовознавця О. Потебні. У своїх працях «Из записок по русской грамматике», «Мысль и речь», «Заметки о малорусском наречии» та інших він започаткував психологічний напрям у вітчизняному мовознавстві, активно розвивав філософію мови, вирішував конкретні проблеми загального мовознавства, діалектології тощо.
