С конца 18 в., по мере возникновения и развития университетов и других высших учебных заведений, научных обществ, первоначальные функции АН сузились. Закрылись академический университет и гимназия; другим ведомствам были переданы геологические, картографические, переводческие и другие прикладные работы. Усилия членов АН стали сосредоточиваться преимущественно на теоретических исследованиях. С 1841 АН состояла из 3 отделений: физико-математических наук; русского языка и словесности (ОРЯС), при котором в 1899 учрежден Разряд изящной словесности; исторических наук и филологии. Действительные члены АН делились на 3 класса: адъюнкт, экстраординарный академик, ординарный академик (с 1912 введено единое звание — академик); кроме того, существовали не входившие в штат и не имевшие перед АН научных обязательств почётные члены и члены-корреспонденты (русские и иностранные). Действительными членами АН были, как правило, крупнейшие отечественные учёные — математики М. В. Остроградский, В. Я. Буняковский, П. Л. Чебышев, А. А. Марков, А. М. Ляпунов, физики В. В. Петров, Э. Х. Ленц, Б. С. Якоби, Б. Б. Голицын, химики Н. Н. Зинин, А. М. Бутлеров, Н. Н. Бекетов, Н. С. Курнаков, астрономы В. Я. Струве, А. А. Белопольский, Ф. А. Бредихин, биологи К. М. Бэр, А. О. Ковалевский, физиолог И. П. Павлов, минералог Н. И. Кокшаров, геолог А. П. Карпинский, филолог А. Х. Востоков, литературовед А. Н. Веселовский, историк С. М. Соловьев и др. Но вне АН оставались многие крупные учёные. Прогрессивные члены АН старались привлекать их к работе, используя право присвоения званий почётных членов (математик Ф. Г. Миндинг, исследователи Средней и Центральной Азии Н. М. Пржевальский, П. П. Семёнов-Тян-Шанский, лингвист В. И. Даль, историк флота Ф. Ф. Веселаго, врач Г. А. Захарьин и др.) и членов-корреспондентов (математик С. В. Ковалевская, механик Н. Е. Жуковский, филолог А. А. Потебня, историки В. С. Иконников, Н. И. Костомаров, биологи И. И. Мечников, И. М. Сеченов, К. А. Тимирязев, химики Д. И. Менделеев, А. А. Воскресенский и др.). Почётными академиками по Разряду изящной словесности были избраны В. Г. Короленко, А. П. Чехов, Л. Н. Толстой, В. В. Стасов и др.
В 19 — начале 20 вв. были организованы новые научные учреждения: Азиатский (основан в 1818), Египетский (1825), Зоологический (1832) и Ботанический (1823) музеи; Пулковская обсерватория (1839), Физиологическая лаборатория (1864), Лаборатория по анатомии и физиологии растений (1889), Пушкинский дом (1905), Комиссия по изучению естественных производительных сил России (КЕПС, 1915) и др. Расширились международные научные связи, возросло число иностранных почётных членов и членов-корреспондентов (П. Бертло, Р. Вирхов, Ч. Дарвин, Э. Дюбуа-Реймон, Ф. Кекуле, Г. Р. Кирхгоф, Ч. Лайель, Ф. Нансен, Ф. Палацкий, Л. Пастер, М. Планк, Ш. Эрмит, У. Томсон и др.).
Условия творческой деятельности АН были крайне неблагоприятными. Правительственные чиновники, возглавлявшие АН, допускали прямой произвол, препятствуя вхождению в число действительных членов таких учёных, как И. М. Сеченов, Д. И. Менделеев, К. А. Тимирязев, А. Г. Столетов. В 1902 император Николай II наложил запрет на избрание М. Горького почётным академиком. На содержание АН отпускались недостаточные средства. Это не позволяло увеличить немногочисленный состав академических учёных, тормозило создание научных учреждений, в том числе специализированных институтов и лабораторий, организация которых стала необходимым условием развития науки на рубеже 19—20 вв. Новую эпоху в истории АН открыла Великая Октябрьская социалистическая революция (см.
Российская империя