В 1-м тыс. до н. э. жители земледельческих оазисов, существовавших на территории современной Т., обладали техническими знаниями в области горного дела, металлургии, керамического производства, гидротехники. Они имели представление о движении небесных светил, системе счёта времени, некоторых математических правилах. С середины 1-го тыс. до н. э. на р. Мургаб появились крупные плотины и водохранилища, начала складываться сложная система орошения, о которой арабские географы 9—10 вв. писали как о надёжной системе ирригации и хорошо организованной службе распределения воды. В работах греческих и римских учёных (Геродота, Страбона, Плиния Старшего) орошаемые территории Т. характеризовались как области высокого плодородия. Территория Т. была нанесена на карту Птолемеем. В 9—11 вв. Средняя Азия стала одним из важнейших центров научной мысли Востока. В это время в средневековых городах Т. (Мерве, Гургандже, Нисе и др.) возникли астрономические обсерватории, «Дома мудрости», библиотеки; появились сделанные среднеазиатскими учёными переводы и комментарии научного наследия Греции и Индии, а также оригинальные труды по математике, астрономии, минералогии, прикладной механике, физике, химии и медицине. Развивая и обогащая рациональные идеи научного наследия, учёные Средней Азии внесли свой вклад в культуру других народов (в том числе в
Монгольское нашествие (с начала 13 в.), феодальные междоусобицы, борьба между соседними государствами за обладание территорией Т. сопровождались уничтожением многих культурных ценностей, разрушением городов, упадком орошаемого земледелия и ремёсел. В 18 — 1-й половине 19 вв. началось изучение Т. русскими исследователями: экспедиции А. Бековича-Черкасского (1714—15), гидрографические исследования Ф. И. Соймонова (1719—20 и 1724—27), путешествия Н. Н. Муравьева (1819—20), Э. И. Эйхвальда (1825), Г. С. Карелина (1836) и др. Во 2-й половине 19 в. под руководством и по программам Русского географического общества территорию Т. исследовали И. Г. Борщов, Н. М. Книпович, Ф. Г. Кошкуль, А. Д. Малома, Г. И. Радде, Г. И. Сивере, И. И. Стебницкий, П. М. Лессар.
В 80-х гг. 19 в., после присоединения всего Т. к России, началось строительство железной дороги, которое имело важное значение для всестороннего изучения природы Т. Географические, геологические, почвенные, ботанические и другие исследования велись силами экспедиций и отдельными энтузиастами-учёными, горными инженерами, в том числе И. В. Мушкетовым, В. А. Обручевым, К. И. Богдановичем, Н. И. Андрусовым, В. Н. Вебером, А. П. Ивановым, К. П. Калицким, А. Д. Нацким, А. Д. Архангельским и др.