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这是我国有史以来第一个现代意义上的官办国家级专门科研机构。
根据蔡元培1935年在国民党四届六中全会所作的报告，中央研究院是全国科研机构的中心，它有两项使命，即进行科学研究并负责指导、联络、奖励学术的研究。
各方面的学术成果和研究项目的评估也是由其下属的各研究所所长及从各名牌大学中聘请的一些教授组成的评议会来开展，评议的结果便作为奖励与基金分配的根据。
蔡元培担任院长期间，广泛搜罗人才，成立各种研究所，并大力扶植诸如中国科学社这样的科学事业团体，到1930年，研究人员已近200名，研究所则有物理、化学、工程、地质、天文、气象、心理、动植物、历史语言、社会科学研究所等，但主要以自然科学的研究为主。
研究院通过评议会等各种手段，极力促进国内外学术研究的合作与互助，先后将一大批从国外归来的留学生网罗和安排到全国各类科学组织中工作，在组织、联络和指导全国的科研工作方面，成绩卓著。
研究院还设出版品国际交流处于上海，加强与国外学术界的交流，极大地推动了我国科学与世界接轨的步伐。
中央研究院成立后，以纯粹科学和应用科学兼顾，传播西方科学新知和本土化科学的研究并重为其特色。
天文研究所从事天文观测、推步研究，并旁及中国古代天文学；地质研究所发现我国第四纪冰川遗迹，并在庐山设有陈列馆，陈列冰川地质标本，从事于地层、古生物、矿物、岩石及应用地质等项研究；植物研究所采集和购置的标本达20余万号，从事高等植物分类及藻类、真菌、森林、植物生理、病理植物形态和细胞遗传等项研究；动物研究所除采集了大量昆虫、鱼类标本外，重点研究了鱼类学、昆虫学、寄生虫学、原生动物学和实验动物学五大类；工学研究所则致力于钢铁、陶瓷、玻璃、工业材料的研究、试验与试制。
物理学研究所和化学研究所也颇有成绩，前者进行电磁、应用光学、地磁等各项研究，并从事物理仪器制造；后者以对分子光谱，繁醇类男女性内泌素的综合，天然有机物的提取与制造等问题的研究用力尤多。
总之，自中央研究院成立后，所属各研究所都蓬蓬勃勃、卓有成效地开展起了各自领域的研究工作。
1929年，国立北平研究院正式成立。
这是当时中国仅次于中央研究院的科研中心。
它起初规模较小，只有理化、生物、人地三大部，后迅速发展为物理、化学、镭学、药物、生理学、植物学、地质学、测绘学等9个研究所及一个经济研究会，与南京的中央研究院遥相呼应。
中央研究院及北平研究院的成立，是我国现代自然科学发展史上一个具有转折意义的重大事件，它标志着我国的现代自然科学事业经过几代人的努力，最终走上了体制化发展的道路。
除中央研究院及北平研究院外，其他同类机构如实业部北平地质研究所、中央农业实验所等也纷纷出现，一些重点院校如北京大学、清华大学、中山大学、武汉大学、南开大学、燕京大学等也都设立了研究院（所）。
至1935年，全国各类专门的科研机构已达73个，至1949年更是高达190多个，几乎涵盖了现代自然科学的各大基础学科。
在中央研究院等科研机构的组织和带动下，我国的自然科学事业此后10年间的发展较前一阶段明显加快。
地质学方面，李四光在此前研究的基础上，进而提出东亚地质七种类型构造新说，震惊世界地质学界；生物学领域进步尤速，陈焕镛和胡先骕的许多重要成果如《中国植物图谱》等均完成于此期，菌类研究队伍在此期空前壮大，第一部系统全面的昆虫学理论著作也得以出版，陈桢则完成了他对蚂蚁行为的出色研究；物理学上，吴有训对单原子和多原子气体的探研，黄子卿对水三相点精确值的测定，严济慈的光学研究和赵忠尧的核物理研究，都取得了世界瞩目的成果；全国性的数学会和化学会均于此期成立，江泽涵关于拓扑学的研究闻名中外；天文、气象学及其事业在此期也得到重大发展。
著名天文学家陈遵妫、张钰哲的主要研究成果纷纷问世，号称“东亚最新式”
的南京紫金山天文台在此期落成，气象学大师竺可桢和蒋丙然在民国期间最重要的气象学论著，也于此期发表。
抗战之前的10年，的确堪称民国自然科学史上的一个“黄金时期”
，它与国民政府对科学一定程度的重视是分不开的。
以南京紫金山天文台的建设为例，它占地47亩，耗资19万元，主要设备均由国外购进，要是没有政府的财力支援，显然难以很快建成。
正因为得到了政府的重视和支持，我国的天文台水平才一下子跃居当时的东亚之首，从而为天文学事业赶超世界先进水平创造了条件。
抗日战争爆发后，中国的自然科学事业进入了艰苦创业、奋发图强的发展阶段。
一方面，位于战火前沿的平、津、宁、沪、杭以及冀、鲁、晋、湘、鄂、粤、桂等省市的科研机构，科技人员纷纷向大后方转移，即实行所谓“科学内迁”
。
在这一“保存民族国脉”
的“漂泊”
式内迁中，中国科学界付出了巨大的牺牲，图书仪器设备乃至科学家的身心，都受到了严重的损害。
[2]另一方面，全国各科学研究机构云集大后方，又为日后科研工作创造了合作研究、密切交流的有利条件，在一定程度上使西迁过程中所遭受的图书资料仪器设备的重大损失有所弥补。
这一时期，大后方的自然科学研究活动具有以下四个方面的显著特点。
第一，内迁后的各院所在不放弃原有科研项目的基础上，纷纷调整研究重心，将主要精力放在应用科学的研究上面。
1938年，国民党临时全国代表大会通过的《战时各级教育实施纲要》就指出：“对于自然科学，依据需要，迎头赶上，以应国防与生产之急需。”
科学家们根据抗战需要，自觉地完成了科研方向的调整，特别注重科学在国防军事及工业生产方面的应用研究。
如化学研究重心转向硝酸、纤维、汽油、酒精、橡胶等方面；物理学则直接注重其在军事上的应用，昆明的北平物理研究所“已经几乎全部改作战争物品的生产”
，大量制造显微镜，[3]等等，同时，科研也很自觉地结合西南西北大后方的资源开发，以支援后方工农业的建设。
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