Велись исследования в области химии и химических технологии. Изучены закономерности электронных явлений в химии и сущность окислительно-восстановительных реакций (Л. В. Писаржевский). Расширены теоретические представления о кинетике реакций, катализе, электродных процессах. На У. впервые в СССР была получена тяжёлая вода (А. И. Бродский, 1934), что имело важное значение для развития отечественной ядерной физики, использования атомной энергии в народном хозяйстве, а также положило начало циклу исследований в области химии изотопов и их применению. Разработанные методы синтеза цианиновых красителей дали возможность получить новые фотосенсибилизаторы (А. И. Киприанов). Изучались проблемы электролитической диссоциации, существенные для развития органической и неорганической химии, гидрометаллургии и т.п. Исследования по электрохимии неводных растворов (В. А. Плотников) содействовали решению практических задач получения и рафинирования некоторых металлов, изготовления антикоррозионных покрытий. Развивалась теория кислот и оснований и общая теория электролитов (Н. А. Измайлов).
Большой вклад в науку внесли биологи и медики. Учёные основанной А. А. Богомольцем украинской школы патофизиологов исследовали проблемы усталости, долголетия, трансфузии крови. Богомольцем на основе изучения физиологических свойств соединительной ткани создана антиретикулярная цитотоксичная сыворотка (АЦС). Начались биохимические исследования и получены первые крупные результаты по биохимии мышечной деятельности (М. Д. Фердман). Важные исследования по сравнительной биохимии нервной ткани осуществил А. В. Палладии. Значительный вклад был внесён в изучение процессов, обеспечивающих клетки энергией. В. П. Филатовым разработаны методы пересадки роговицы глаза и пластики на круглом стебле, создано учение о биогенных стимуляторах. Исследования по микробиологии были направлены на изучение болезнетворных микроорганизмов и поиски методов лечения инфекционных заболеваний. Успехи медицинской микробиологии тесно связаны с трудами Д. К. Заболотного. Успешно велись работы по эволюционной морфологии (И. И. Шмальгаузен и др.), паразитологии. Ботаники (В. И. Липский и др.) начали подготовку многотомной «Флоры УССР», создали учение о фитогормонах (Н. Г. Холодный), составили определители мхов, лишайников. Значительное влияние на развитие на У. систематики, генетики, селекции, экологии и иммунитета растений оказал Н. И. Вавилов. Изучались проблемы мутаций. Велись работы по акклиматизации в северных районах У. южных плодово-ягодных культур.
В годы Великой Отечественной войны 1941—45 учёные У., как и весь советский народ, сразу же включились в борьбу против фашистских захватчиков. Многие научно-исследовательские институты республики эвакуировались на Восток. АН УССР в июле — августе 1941 была эвакуирована в Уфу. Была реорганизована структура многих научных учреждений, близкие по профилю институты объединялись. Усилия учёных и научных коллективов сосредоточивались на выполнении оборонной тематики. Институтом электросварки АН УССР под рук. Е. О. Патона была разработана технология автоматической электросварки корпусов танков, авиабомб и др., сконструированы и изготовлены необходимые для этого аппараты и оборудование. Значительные успехи достигнуты учёными в разработке проблем самолёто- и моторостроения. Были сконструированы гидротрансформаторы и гидромуфты для автомобилей, танков и тракторов. Применение их улучшило манёвренность машин, повысило боевые качества танков. Были разработаны новые марки высококачественного чугуна, широко применявшиеся в машиностроении, при изготовлении снарядов и авиабомб. Выполнен ряд математических исследований прикладного характера, созданы новые акустические примеры для противовоздушной обороны, над созданием новых видов боеприпасов, усовершенствованием оптических систем, разработкой новых антифризов работали учёные-физики. Не прекращались исследования в области ядерной физики. Учёные медики разрабатывали методы лечения раненых. Украинские геологи принимали активное участие в поисках и разведке в восточных районах страны месторождений минерального сырья для нужд народного хозяйства.
На оккупированной территории У. фашистские захватчики разрушили многие научные учреждения, вывезли их оборудование. Только в Киеве общая сумма ущерба, нанесённого оккупантами учреждениям АН УССР, составила свыше 126 млн. руб. (в ценах до 1961). Из Центральной научной библиотеки АН УССР было вывезено около 1 млн. книг. Ещё до окончания Великой Отечественной войны, по мере освобождения территории У. от оккупантов, из эвакуации возвращались научные сотрудники и учреждения. В 1944 в Киев вернулась АН УССР. Партия и правительство, несмотря на тяжёлые условия военного времени, принимали энергичные меры по развёртыванию работы научной учреждений.