1927年，南京國民政府設立中央研究院，作為中國最高的科學研究機構。在此后二十年里，中央研究院克服種種困難，在民國時期的科學研究上做出不小的成就。
中華民國成立至1927年間，中國的自然科學研究機構只有農(nóng)商部地質(zhì)調(diào)查所、北京中央觀象臺等有數(shù)的幾家，民間也僅有中國科學社生物研究所。由于經(jīng)費等問題，其開展工作極少。數(shù)學、物理、化學、工程等學科的研究機構都是空白。這種狀況，既是歷屆政府不重視的結果，更是當時中國科技發(fā)展水平薄弱及人才匱乏的真實寫照。
1924年冬，孫中山北上主張召集國民會議時，曾提議設立中央學術院作為全國最高學術研究機構；孫中山還委派汪精衛(wèi)起草計劃。但由于孫中山病逝，此提議遂被擱置。
1926年，國民黨中央黨部在廣州曾設立了中央學術院，“其目的專為訓練訓政時期政治人員，名稱雖同，性質(zhì)實異”①。在第一期學員畢業(yè)后，中央學術院隨告停辦。
1927年4月南京國民政府成立后，國民黨內(nèi)相當一部分有識之士意識到，中國社會百廢待興，但科學技術和教育的發(fā)展才是關鍵。1927年5月，國民黨中央政治會議第九十次會議決定，設立中央研究院籌備處，以蔡元培、李煜瀛(石曾)、張人杰等為籌備委員，全面負責中央研究院成立的籌備工作。
經(jīng)過一段時間的籌備，7月4日，南京國民政府公布《中華民國大學院組織法》,規(guī)定：大學院為全國最高的教育機關，管理全國學術及教育行政事宜；大學院下設中央研究院②。9月，南京國民政府改組，中央研究院籌備處遂停止工作。
10月，大學院成立。根據(jù)條例，大學院聘請了中央研究院籌備員三十余人，繼續(xù)中央研究院的籌備事宜。
11月20日，中央研究院籌備會議及各專門委員會聯(lián)合成立大會在大學院會議廳召開，到會者計有蔡元培、諶湛溪、曾昭掄、吳承洛、李煜瀛(戴修駿代)、周覽、曹梁廈、宋梧生、郭任遠、張廷金、李熙謀、周仁、王小徐、胡剛復、葉元龍、陳寶鍔、陳世璋、吳蘊瑞、黃振華、王琎、張匯蘭、張信孚、王世杰、彭學沛、張乃燕、王星拱、張奚若、孔韋虎、高魯、楊銓等三十人。會議通過了《中華民國大學院中央研究院組織條例》?！稐l例》規(guī)定：中央研究院為中華民國最高科學研究機關；其宗旨是指導、聯(lián)絡、獎勵全國研究事業(yè)；研究范圍包括數(shù)學、天文學與氣象學、物理學、化學、地質(zhì)學與地理學、生物科學、人類學與考古學、社會科學、工程學、農(nóng)林學、醫(yī)學等十一個學科；設立由院長聘任的三十名國內(nèi)專家組成的評議會，此為全國最高科學評議機關；設立名譽會員及通訊員等③。
會議選舉大學院院長蔡元培為中央研究院第一任院長。根據(jù)當時的科研狀況及經(jīng)費，決定先設立理化實業(yè)研究所(次年7月改為物理、化學、工程三個研究所)、社會科學研究所、地質(zhì)研究所、觀象臺(次年2月改為天文研究所和氣象研究所)等四個研究機構。蔡元培指定徐淵摩、李濟、諶湛溪、朱家驊等六人為地質(zhì)研究所籌備委員；王小徐、曾昭掄、溫毓慶、趙石民、宋梧生、丁燮林、李世璋、顏任光、胡剛復、張乃燕、李熙謀、周仁、張廷金、曹梁廈、吳承洛等十五人為理化實業(yè)研究所籌備委員；蔡元培、周覽、孫科、李煜瀛、胡適、楊端六、陶履恭、馬寅初、葉元龍、楊銓等十人為社會科學研究所籌備委員；唐鉞、汪敬熙、郭任遠、傅斯年、陳寶鍔、樊際昌等六人為心理學研究所籌備委員；高魯、竺可楨、余青松三人為觀象臺籌備委員④。
1928年4月10日，南京國民政府通過《修正國立中央研究院組織條例》,改中華民國大學院中央研究院為國立中央研究院，直屬南京國民政府領導，委任蔡元培為院長。
《修正國立中央研究院組織條例》規(guī)定：中央研究院研究范圍為數(shù)學、天文與氣象學、物理學、化學、地質(zhì)學與地理學、生物科學、人類學與考古學、社會科學、工程學、農(nóng)林學、醫(yī)學共十一大類。院長缺席，由評議會推補；院長下設總辦事處、若干研究所及院評議會?？傓k事處主管行政，設總干事一名。各研究所主持研究，各設所長一人，所長下設組主任及研究員若干名，研究員有專任、兼職、特約三種。院評議會是全國最高學術評議機構，負責聯(lián)絡國內(nèi)各研究機構，討論重要科研項目，組織中外學術交流活動。院長兼任評議會議長，評議會成員由當然評議員和聘任評議員組成，各研究所所長為當然評議員，聘任評議員在全國各大學校長、各國立研究院院長中選舉產(chǎn)生，由國民政府聘任⑤。但是，首屆評議會直到1935年9月7日才正式成立，李書華、姜立夫、葉企孫、侯德榜、吳憲等三十名國內(nèi)專家擔任首屆評議會評議員。
南京國民政府時期的二十二年間，中央研究院院長共有兩任，先是蔡元培，后由朱家驊代理?？偢墒鹿灿惺危瑮钽?、丁燮林、丁文江、朱家驊、任鴻雋、傅斯年、葉企孫、李書華、薩本棟、錢照臨(代)、周鴻經(jīng)。
1928年4月，中央研究院總干事處設在南京成賢街57號法制局舊址，隨后又增加58號民房為院址。1930年2月，中央研究院遷至南京清涼山，占地上千畝；在欽天山的社會科學研究所所址于1931年10月底完成；在紫金山修建天文臺，登山道路也已修成；另在上海新西區(qū)市政府路及小木橋路也有院產(chǎn)，占地約190多畝。
至1930年2月，中央研究院已經(jīng)成立了物理、化學、工程、氣象、天文、地質(zhì)、社會科學、歷史語言等八個研究所，另設自然歷史博物館籌備處、漢籍圖書館籌備處。全院研究人員(包括專任、兼任、特約研究員，外國通訊員、助理員、以及專任、兼任編輯員)共193人。1931年8月，全院研究人員增加到235人⑥?？箲?zhàn)前又增加動植物研究所和心理研究所。中央研究院粗具規(guī)模。
中央研究院設立了丁文江獎、楊銓獎、李俊承獎，前兩個獎項是為紀念已故中研院總干事丁文江、楊銓而設，專門獎勵在自然科學和人文科學研究上有新貢獻的學者；李俊承獎是頒發(fā)給在工程學研究上卓有成績者，及在工藝上有特別發(fā)明者，此獎項由新加坡華僑李俊承捐助。
1929年，鑒于北平教育、文化和科研機構云集，研究條件較好的狀況，南京國民政府決定建立北平研究院，最初隸屬北平大學，秋天宣告獨立，從而與中央研究院并稱南北兩大研究機構，共同促進中國的科學事業(yè)發(fā)展。
北平研究院成立后不久，即設立了天算、理化、生物、人地、群治、文藝、國學等七個部。研究院總辦事處設在北平中海懷仁堂的西四所，院長由李煜瀛擔任。設立了院學術會議。天算組會員有熊慶來、江澤涵、陳省身等；理化組會員有嚴濟慈、吳有訓、葉企孫、饒毓泰、莊長恭、曾昭掄、楊石先等；生物組會員有朱洗、劉慎諤、陳楨、秉志、胡先骕、戴芳瀾、張景鉞、童第周、胡經(jīng)甫等；地學組會員有翁文灝、李四光、楊鐘健、袁復禮、孫云鑄、尹贊勛、斐文中、竺可楨等；工學組會員有劉仙洲、朱家驊、侯德榜等；醫(yī)學組會員有趙承瑕、湯飛凡等。顯然，北平研究院的會員多數(shù)均是海內(nèi)外極富聲譽的科學家，也使它成為除中央研究院外中國最為重要的學術研究機構。在1929年及1932年間，北平研究院成立了物理學、鐳學、化學、藥物、生理、動物學、植物學、地質(zhì)學等八個研究所，出版的主要刊物有《國立北平研究院匯報》、 《物理學研究所叢刊》等各所所刊、《考古專報》、《氣象月報》等，幾年間出版的學術著作及刊物不下三百余種⑦。
中央研究院和北平研究院的成立，也極大地促進了各地研究機構的勃興，不少地方政府、高校和學術團體也紛紛成立科研機構。至1935年1月，全國各部門設立的學術研究團體和機構有142個，屬于自然科學方面的有34個，占總數(shù)的30.9%;屬于社會科學方面的有39個，占總數(shù)的35.5%;文藝一類的有9個，占總數(shù)的8.2%;體育類的有7個，占6.3%⑧。地質(zhì)部地質(zhì)調(diào)查所、全國經(jīng)濟委員會衛(wèi)生實驗處、中央農(nóng)業(yè)實驗館以及中國科學社生物研究所、靜生生物調(diào)查所、黃?；瘜W工業(yè)研究所、中國西部科學院、上海雷斯德醫(yī)學研究所等都是極富盛名。在高校中，清華、北大、中央、南開、武漢、北洋、協(xié)和、金陵等大學都設立了研究院。
中央研究院成立后，大大推進了中國科學研究事業(yè)向前發(fā)展。在抗戰(zhàn)前，中央研究院在篳路藍縷的條件下，做了大量的工作。
設立總理物質(zhì)建筑計劃委員會， 目的在于聯(lián)合各所，分工合作，協(xié)調(diào)全國主要實業(yè)發(fā)展的次序。
設立中國科學研究概況編輯委員會，擬就統(tǒng)一表格，分發(fā)給各學術機關，收集整理進行國際宣傳。
設立特殊獎勵審查委員會，會同教育部、實業(yè)部、建設委員會，對于全國新的發(fā)明予以獎勵。
為了加強與世界學術界的交流，中央研究院積極創(chuàng)造機會，使國內(nèi)學者參加國際學術會議。如1929年，中央研究院組織學者參加在爪哇舉辦的第四屆太平洋科學會議、在美國舉辦的第九屆國際心理學會會議和第十三屆國際生理學會會議、在日本召開的國際工業(yè)及動力會議；1930年，又參加了在香港召開的遠東氣象學者會議、在英國進行的第五屆國際植物學會；1931年，參加了在瑞士召開的國際聯(lián)盟合作委員會年會。
中央研究院成立后，組織了考古組田野工作展覽；歷史語言研究所考古組在河南安陽殷墟遺址及山東歷城城子崖進行了發(fā)掘，安陽殷墟出土了大量的甲骨文字、石器、銅器、蚌器、陶片、骨器等；城子崖出土了石器時代的單色陶器、石器、蚌器、卜骨等。1931年，歷史語言研究所舉行明清史料展覽，觀者達二萬之眾。
此外，中央研究院還舉辦了全國氣象會議、全國經(jīng)度測量會議及院務會議，推動著全國的科學研究工作。
30年代初，物理研究所進行了重力測量、低壓下摩擦生電試驗、晶體顫動及高頻率電波、X光線及高壓設備、測量高頻電波、發(fā)生高頻電波、輕元素X射線的波長、近紅外線及超紫外譜區(qū)多原子分子光帶、三相振動器、超短電波、標準頻率設備的裝置與補充等項目的研究，取得了頗為引人注目的成果。
在化學研究方面，化學研究所著手進行中藥研究、氣體平衡及有機化學綜合法等問題的研究；對于國產(chǎn)原料如植物油的分析、陶料的分析進行了充分的論述；進行了多原分子的吸收光譜的研究和有機微量元素的分析；出版了新本草圖志第一集；對紹興酒的釀造法進行了調(diào)查。
在工程研究方面，設立了陶瓷試驗場和鋼鐵試驗場。對陶瓷的生產(chǎn)工藝全過程進行了全面的研究，對用生鐵制造凈煉鐵、堅性鑄鐵，用廢鋼制造碳素工具鋼進行了試驗和研究。對玻璃的構成進行了研究。
在地質(zhì)研究方面，主要對全國錫礦與鉛礦、湖北省礦產(chǎn)、南京與鎮(zhèn)江間地質(zhì)構造、云南地質(zhì)礦產(chǎn)進行了調(diào)查，研究了秦嶺山脈東部及南嶺山脈的地層及地質(zhì)構造，分析了安徽、江西、江蘇、浙江等省地層地質(zhì)構造與礦產(chǎn)，探索了中國東海岸的巖石現(xiàn)象與海岸的變遷；對華南地區(qū)蜒科化石、長江下游筆石化石、第三紀與第四紀腹足類化石等進行了詳細的研究。
在天文研究方面，建成了紫金山天文臺，各種儀器業(yè)已配齊并開始運行；與此同時利用現(xiàn)有設備觀測天象，研究太陽分光觀測術要及影像偏角的算法，分析太陽黑子周期，尋找氣溫氣壓對于時計變差的關系，測定本京經(jīng)緯度暫用數(shù)，編譯天文學名詞，編著恒星光帶強度分配的研究。
在氣象研究方面，分測候與研究兩組進行研究。主要研究方面是：中國氣候區(qū)域，極面學說與中國長江下游風暴，氣候變更，航空氣象，南京一年來的颮，1928年南京風向與天氣關系，長江下游在冬季雨期中氣壓的分布，中國的季風，亞東溫帶低壓途徑，1930年南京的高空測候等課題的研究，取得了不少階段性成果。
在生物研究方面，主要進行了動植物標本的采集工作，在廣西采集到脊椎動物標本3 110余號5 000余份，無脊椎動物標本5 000枚，活動動物20余頭，植物標本3 400余號約30 000余份，對于廣西采集動物標本的分類研究已完成。在四川采集到鳥類117種254只，魚類70余類約400余尾，哺乳動物6種10頭。在貴州采集到臘葉標本約7 000余號共10萬余份，哺乳類動物300余頭26種，鳥類3 000余只280種，兩棲動物400余只35種，魚類3 000余尾160余種，無脊椎動物等6 000余只約700種⑨。
在歷史與語言研究方面，歷史組主要進行了以商周遺物甲骨金石陶瓦為對象的分析，以敦煌材料及其他中亞近年出現(xiàn)的材料研究中古史，以清代內(nèi)閣大庫檔案進行清史的研究。對清代內(nèi)閣大庫重達十二萬斤的檔案進行整理，出版了其中的一部分史料。而研究員個人的研究課題也極有價值。語言組主要進行了全國各省方言調(diào)查，音檔的設立，古代音韻的研究，西夏的研究及語言實驗室的工作?？脊沤M主要進行了河南安陽殷墟的四次發(fā)掘，山東歷城龍山城子崖一次發(fā)掘，黑龍江齊齊哈爾石器時代墓葬一次發(fā)掘，獲得了大量的地下文物，對于研究史前文化及中國文化起源具有極高的價值。
在心理研究方面，主要進行了修訂皮納氏智力測驗、用生理電學方法研究視覺的生理基礎，位足反應的研究，中國人大腦皮層研究，研究食品對于學習能力影響的關系、分析大聲驚嚇對于習得能力的影響、研究輸精管隔斷的各種影響、采集腦髓標本、編輯心理學名詞等工作。
在社會科學研究方面，法制學組完成了陪審制度的研究，對河北、山西、江蘇、浙江四個省監(jiān)獄進行了犯罪問題的調(diào)查與研究，從法理角度入手研究上海租界問題及必須收回的理由，此外還進行了中國近代外交史、中國厘金史、清代海關稅收用途徑、中國參與國際聯(lián)盟和國際法典編纂會議議題等方面的研究。經(jīng)濟學組主要進行了65年來中國國際貿(mào)易統(tǒng)計的研究工作。社會學組的研究主要圍繞著中國農(nóng)村問題進行，在保定、無錫兩地進行了實地調(diào)查，研究中國農(nóng)村的封建社會性，研究資本主義在中國農(nóng)村中的發(fā)展，出版了相關的書籍。對難民的東北逃亡進行調(diào)查。民族學組主要進行了廣西凌云瑤人的調(diào)查與研究，臺灣番族的調(diào)查與研究，出版了研究報告；對松花江下游赫哲族人的調(diào)查，收集到標本600余件，采集了故事、民歌30余種⑩。
與此同時，國立北平研究院各研究所也取得了不少成果。物理研究所與鐳學研究所的經(jīng)緯度測量、重力加速度測定、華南地磁的長期變化，壓力與照相關系、臭氧紫外吸光、氖的連續(xù)光譜、堿金屬吸收光譜，鐳的丙種射線的照相的壓力效應等成果具有影響；化學研究所的利用國產(chǎn)松、杉等制造防毒面具所必需的活性炭研究、提高國產(chǎn)柏油軟點以適于鋪路、國產(chǎn)桐油催干等都是國防、經(jīng)濟發(fā)展急需的成果；生理學研究所的脊椎動物腦量研究等20余項科研成果也頗受好評；動物學研究所與植物學研究所完成的關于中國北部的鶴科等19項成果及《中國北部植物圖志》5卷等40余項成果令人注目；地質(zhì)研究所進行了對河南、山東、陜西、甘肅、廣東、廣西等地的地質(zhì)調(diào)查和對河南、山西、湖南、湖北、山東、安徽、四川、江西、陜西、浙江等省部分縣市礦產(chǎn)的調(diào)查，獲得了珍貴的資料；此外還進行了對礦物巖、古生物、地震、土壤、大地測量及地形測量的研究。史地研究會對陜西省的古跡進行了調(diào)查，1934年4月26日開始對陜西寶雞縣東15里斗雞臺的古陳寶祠遺址進行發(fā)掘，收獲頗豐(11)。
到抗戰(zhàn)爆發(fā)，中央研究院的研究工作基本上已步入正軌，不少成果開始在國際上受到注目。然而， 日軍侵略的炮火徹底擊碎了科學家以科學救國的夢想，中央研究院的工作被迫中斷。雖然在大后方艱苦的環(huán)境中，中央研究院的研究員們?nèi)匀幌腋璨惠z，但畢竟難現(xiàn)輝煌。