Исследования по физической географии на У. были начаты в конце 19 — начале 20 вв. В 1895 А. Н. Краснов опубликовал первый в России курс общего землеведения; он же возглавил первую на У. кафедру физической географии в Харьковском университете. Значительный вклад в географическую науку внесли метеоролог П. И. Броунов, организовавший приднепровскую сеть метеорологических станций, ботаник Г. И. Танфильев, проводивший комплексные географические исследования в Полесье, Приднепровье и южных районах Украины, лесовод Г. Н. Высоцкий, занимавшийся проблемами ландшафтоведения, исследованием гидрологической роли леса, и др. В начале 19 в. в Харьковском университете начаты работы по общей химии. Во 2-й половине 19 в. появились основополагающие труды Н. Н. Бекетова по физической химии. В Киевском университете проводились исследования в области органической химии, в частности по восстановлению нитросоединений. Были синтезированы b-оксикислоты (С. Н. Реформатский), разработан способ нитрования алифатических углеводородов; исследования по электролизу вёл Н. А. Бунге. В Новороссийском университете Л. В. Писаржевский изучал строение перекисей и надкислот, А. А. Вериго разработал оригинальные методы получения ряда органических веществ. Начало развития биологии на У. было положено зоологами и ботаниками Харьковского и Киевского университетов. Ими разрабатывались проблемы физиологии растений, эволюционной морфологии, физиологии животных и др. Учёные Харьковского университета положили начало отечественным исследованиям по биохимии (А. Я. Данилевский). В. А. Бец стал одним из основоположников учения об архитектонике головного мозга. Ряда крупных успехов достигли медики. В. П. Образцов разработал методику так называемой глубокой скользящей пальпации. В 1909—10 он и Н. Д. Стражеско изучили и описали клиническую картину инфаркта миокарда. С Новороссийским университетом связаны классические исследования И. И. Мечникова и А. О. Ковалевского по эволюционной эмбриологии, работы Л. С. Ценковского по альгологии и микробиологии, труды И. М. Сеченова по газообмену крови и физиологии нервной системы. Усилиями биологов Новороссийского университета создана Севастопольская биологическая станция (1871), по инициативе учёных Киевского университета — зоологическая станция в Виллафранке на Средиземном море (1886). С организацией на У. ряда бактериологических станций в Одессе, Харькове (1887), Киеве (1894) и санитарно-бактериологического института в Екатеринославе (1913) начались исследования по эпидемиологии, развитые в трудах Д. К. Заболотного. В 19 в. появились пособия по растениеводству и животноводству. Проблемы с.-х. наук разрабатывались в ботанических садах: Харьковском акклиматизационном (1804) и др., на опытных полях (Полтавском, Херсонском, Одесском) и станциях (Носовской, Уманской, Харьковской, Немерчанской и др.). Опыты по плодоводству успешно вёл Л. П. Симиренко. В конце 19 в. начались работы по акклиматизации и селекции животных в Аскании-Нова. В конце 19 в. созданы первые высшие технические учебные заведения: Харьковский технологический институт (1885), Киевский политехнический институт (1898) и Екатеринославское высшее горное училище (1889, с 1912 — горный институт), где проводили педагогическую и научную работу А. М. Терпигорев, М. М. Протодьяконов, М. М. Федоров. В конце 19 в. были начаты работы по механизации доменного производства, металловедению, термической обработке металлов, машиностроению, теоретическим проблемам электротехники, по теории электрических машин и др. В Харькове проводились исследования по аэродинамике. Работы в области механики велись в Киевском политехническом и Екатеринославском горном институтах (А. Н. Динник).
В условиях царизма немногочисленные научные учреждения и высшие учебные заведения У. не могли развернуть свою деятельность в широких масштабах. Прогрессивные устремления учёных и специалистов, направленные на развитие науки, не получали поддержки властей. Только Великий Октябрь создал все условия для творческой научной деятельности на благо народа.