Замечательных результатов достигли советские математики и механики. Труды И. М. Виноградова, развившего новый аналитический метод теории чисел, С. Н. Бернштейна, А. Н. Колмогорова, А. Я. Хинчииа — по теории вероятностей, исследования И. Г. Петровского, С. Л. Соболева, В. И. Смирнова — по теории дифференциальных уравнений, П. С. Александрова — но топологии, Н. И. Мусхелишвили — по теории упругости имели огромное значение для развития не только математики, но и физики, статистики, военного дела и других наук.

Особенно значительными были достижения советских ученых в области физики. Новую страницу в науке открыл замечательный советский учепый академик А. Ф. Иоффе, исследовавший физику твердого тела, полупроводников и диэлектриков. Специальная сессия Академии наук 1 марта 1930 г. заслушала отчет о научной работе А. Ф. Иоффе и руководимого им Ленинградского физико-технического института. Тогда же был заслушан отчет академиков С. И. Вавилова и Д. С. Рождественского о работах Оптического института, в котором аспирант П. А. Черенков в 1933 г. обнаружил новый вид свечения жидкостей иод действием гамма-лучей, так называемый «эффект Черенкова». Впоследствии за это открытие П. А. Черенков был удостоен Нобелевской премии.

Открытия И. Е. Тамма, И. К. Кикоина, М. М. Носкова в области полупроводников, исследования по физике атомного ядра А. И. Алиханова, А. И. Алиханяна, Б. С. Джелепова, работы П. Л. Капицы в области физики низких температур также свидетельствовали о новых достиясениях советской науки.

Уже в начале 30-х годов в Ленинграде, Харькове и других городах советскими физиками проводились исследования атомного ядра. В эти годы сформировался как ученый выдающийся советский физик И. В. Курчатов, работавший в Ленинградском физико-техническом институте. В 1934 г. И. В. Курчатов впервые установил факт разветвления ядерных реакций, а в 1935 г. он вместе с Л. В. Мысовским и Л. И. Русиновым сделал новое крупное открытие в ядерной физике — обнаружил изомерию искусственных радиоактивных ядер. Для развития ядерной физики необходимы были мощные ускорители быстрых частиц, способных вызвать ядерную реакцию. В Ленинграде при участии И. В. Курчатова в Радиевом институте был пущен первый в Европе циклотрон (1936 г.), после чего советские ученые приступили к созданию еще более крупного циклотрона.

К 1933—1936 гг. относятся первые важные изыскания таких выдающихся представителей молодой плеяды советских физиков, как Д. В. Скобельцын, Б. М. Вул, В. И. Векслер. За работу по изучению элементарных частиц Д. В. Скобельцын в 1936 г. был награжден Менделеевской премией. В 1937 г. Президиум Академии наук премировал В. И. Векслера, создавшего оригинальную систему счетчиков частиц и выполнившего на Эльбрусе работу по космическим излучениям. Выдающиеся теоретические исследования в области космических лучей и ядерной физики сделал Л. Д. Ландау.

В сентябре 1933 г. в Ленинградском физико-техническом институте состоялась Всесоюзная конференция по атомному ядру, которая фактически превратилась в Международную ядерную конференцию. В ней участвовал ряд выдающихся зарубежных физиков: Фр. Перрен, Ф. Жолио Кюри, П. Дирак. Швейцарские, французские, английские физики принимали также активное участие во второй Всесоюзной конференции, созванной в 1937 г.

В годы второй пятилетки развивалась и крепла советская химия. Исследования А. Н. Несмеянова по-новому осветили важную область металлоорганических соединений. Большое теоретическое и практическое значение имели работы академика Н. Д. Зелинского и его ученика академика А. А. Баландина в области катализа. Академик Н. Н. Семенов создал теорию цепных химических реакций, впоследствии его работы были отмечены Нобелевской премией.

В те же годы страстно отстаивал свою теорию космических полетов гениальный ученый К. Э. Циолковский. Академия наук в своем приветствии на имя ученого, признавая безусловный приоритет К. Э. Циолковского в теории реактивного движения и полетов на другие планеты, желала ему многих лет плодотворной работы и выражала надежду, что в недалеком будущем он увидит аппараты, построенные на основании его идей. Мечта Циолковского впервые была осуществлена в СССР.

Усилиями группы энтузиастов под руководством Ф. А. Цандера при Центральном совете Осоавиахима была создана группа изучения реактивного движения (ГИРД). В эту группу входил, в частности, талантливый военный конструктур А. Г. Костиков, прославившийся затем созданием первого в мире реактивного оружия — знаменитой «катюши». Председателем научно-технического совета ГИРД был выдающийся ученый С. П. Королев, позднее главный конструктур космических кораблей.

Летом 1933 г. группой была построена и 17 августа запущена первая ракета на жидком топливе весом 19 килограммов. К этому же времени относится начало изучения стратосферы советскими учеными. В конструировании первых стратостатов, их гондол и приборов, в разработке программы изучения с их помощью космических лучей принимали участие выдающиеся деятели советской науки А. Ф. Иоффе, Н. А. Рынин и др.

30 сентября 1933 г. первый советский стратостат «СССР» с экипажем (Г. А. Прокофьев, К. Д, Годунов и Э. К. Бирнбаум) поднялся на высоту 19 километров, на 3 километра выше бельгийца А. Пикара, достигавшего высоты 16 км. «Стратостат «СССР» гордо поднялся ввысь,— писала 4 октября 1933 г. «Красная звезда»,— нет, он прорвался ввысь через густой туман капиталистической лжи и антисоветской клеветы или просто замалчивания достижений советской науки и техники. Поднялся и ослепительным прожектором правды осветил огромные высоты советской пятилетки».

Но тернист и труден был полет к звездам: 30 января 1934 г. второй советский стратостат «Осоавиахим-1» с экипажем в составе П. Ф. Федосеенко, А. Б. Басенкой И. Д. Усыскина поднялся на высоту 22 километра. Подвиг славных разведчиков космоса закончился гибелью отважного экипажа. Но это не погасило стремления к дерзанию, а послужило вехой на пути к осуществлению мечты человечества.

Гений Циолковского, устремись в далекие миры, твердо верил в осуществимость межпланетных полетов, в овладение космосом; при этом ученый был убежден, что эту великолепную мечту человечества осуществят советские люди. В 1935 г. он написал в своем завещании: «Все свои труды по авиации, ракетоплаванию и межпланетным сообщениям передаю партии большевиков и Советской власти — подлинным руководителям прогресса человеческой культуры. Уверен, что они успешно закончат эти труды».