美国的科学技术一直位于世界前列，人类今天使用的很多先进技术，其发明都源于美国。经过多年的积累和多项计划、改革的实施，美国的科技水平得到了突飞猛进的发展，在火箭技术、武器研究、材料科学、医学、生物工程、计算机等许多领域都处于世界领先地位。
在科技水平发达的美国，各学科方向的研究机构数量繁多，主要可分为四种类型：政府科研机构、高等院校、工业界和其他非营利机构。
一、政府科研机构
政府科研机构是美国科研活动的基础力量。美国的政府科研机构大约有700多家，政府支持的科研机构隶属于20多个不同的政府部门。美国政府没有设置科技部，美国的科学院、工程院和医学院不从事具体的科学研究。与科研活动关系最为密切的是美国的国防部、能源部、农业部、商务部[1]以及国家航空航天局、美国国立卫生研究院和国家科学基金会。
（一）美国国家航空航天局
美国国家航空航天局（NASA）于1958年10月1日成立，是美国政府研发机构中最主要的航空航天科研机构，以民用航空航天为主，负责制定、实施美国的太空计划，开展航空科学及太空科学的研究，被广泛认为是世界范围内太空机构的领头羊。其总部位于华盛顿哥伦比亚特区，总部下辖10个研究中心，进行航空科研工作的单位主要有5个。
NASA的研究领域主要为航空学研究及探索，包括空间科学（太阳系探索、火星探索、月球探索、宇宙结构和环境），地球学研究（地球系统学、地球学的应用），生物物理研究，航空学（航空技术）。在航空航天方面，NASA实施的研究计划包括水星计划、双子星计划、阿波罗计划、太空实验室、航天飞机、国际空间站、星座计划等。
（二）美国国立卫生研究院
美国国立卫生研究院（NIH）位于美国马里兰州贝塞斯达（Bethesda），是美国最高水平的医学与行为学研究机构，其任务是探索生命本质和行为学方面的基础知识，并充分运用这些知识延长人类寿命，以及预防、诊断和治疗各种疾病和残障。其所涉及的研究领域非常广泛，如破译生命遗传密码、寻找肝炎病因、对儿童发育行为疾病的诊疗等。
NIH不仅拥有自己的实验室从事医学研究，还通过各种资助方式和研究基金支持来自各大学、医院等非政府科学家及其他国内外研究机构的研究工作，并进行研究人员培训，促进医学信息交流。
1.历史沿革
NIH初创于1887年，当时位于纽约州斯塔恩岛（Staten）的斯泰普尔顿（Stapleton），是原美国海军总医院（MHS）、现在的美国公共健康服务中心（PHS）的一间卫生学实验室，被称为“保健实验室”（Laboratory of Hygiene），首任负责人是一位研究细菌学的年轻内科医生约瑟夫·凯尼恩（Joseph J. Kinyoun）。实验室成立数月后，凯尼恩取得第一个成就——用蔡司透镜在可疑患者的标本中观察到了霍乱弧菌。1891年，该实验室搬至华盛顿特区，主要从事水及空气污染的各种检验。1901年，该保健实验室终于在法律上得到认可，国会拨款3.5万美元，在华盛顿特区为其建造了新址。1930年，其正式更名为美国国立卫生研究院。
美国的医学科学自20世纪才开始发展。尤其在二次世界大战后，由于对生命本质、生物机体的功能以及疾病发生发展机制的了解日益深入，许多疾病的诊疗技术和防治措施发生了重大变革，美国的医学科学已领先于世界。一般认为，美国医学的这种长足进展是与以NIH为中心的生物医学研究的贡献分不开的。
2.组织机构
NIH目前共拥有27个研究所（研究中心）和1个院长办公室（Office of the Director）。其中有24个研究所（研究中心）直接接受美国国会拨款，用于资助研究项目；另外3个机构是临床医学中心、科学评审中心和信息技术中心。
临床医学中心（Warren Grant Magnuson Clinical Center）是NIH总部的一个医院-实验室联合临床研究中心。该中心下属的来访者信息中心（the Visitor Information Center）是NIH的信息联络中心，每年接待数千名来访者。科学评审中心（Center for Scientific Review）负责申请项目的受理和学术评审工作。信息技术中心（Center for Information Technology）负责NIH的信息管理和协调工作。
NIH本身设有国立医学图书馆（the National Library of Medicine），负责编辑出版《医学索引》（IndexMedicus），每月一期，汇总世界著名医学期刊刊登的论文，同时还提供电子版本，也称“MEDLINE”，是世界最著名的医学目录数据库。
NIH院长办公室负责NIH政策和规划的实施、管理，协调27个研究所及研究中心的研究项目和各项活动。
3.主要成就
NIH支持和涉及的研究领域也非常广泛，近几十年取得的研究成果极大地改善了人类的生命健康状况：美国公众的头号健康杀手心脏病所引发的死亡率自1977年到1999年下降了36%；同期，脑卒中的死亡率减少了50%；随着检测手段和治疗方法的不断改进，恶性肿瘤的相对5年存活率提高到了60%；由于大剂量激素的应用，脊髓损伤后肢体瘫痪的发生率大大降低，严重创伤患者在伤后8小时内如给予激素治疗，则可促进损伤平面以下知觉和运动功能的恢复；长期应用抗凝药物治疗使心房纤颤的常见并发症——栓塞的发生率下降了80%；新的药物治疗方法使80%的精神分裂症患者消除了可怕的妄想和幻觉症状；1990年，NIH的研究人员首次在人类身上尝试基因治疗。现在科学家们在人类基因组定位、识别特定基因及其功能方面的能力已经越来越强，最终目标是研发恶性肿瘤及其他众多疾病的筛查指标和基因治疗方法。
4.战略目标
NIH资助了众多研究领域。其中，寻找更有效的手段预防和治疗肿瘤、心脏病等及其他尚未攻克的疾病，继续改善婴儿、儿童、妇女及少数民族的健康状况，深入研究人类老化的进程及影响人类健康的生活、行为方式是重点资助领域。为了实现这些目标，NIH将在人类疾病的病因、诊断、预防和治疗，人类生长与发育，环境污染的生物学效应，精神障碍及药物成瘾，医学信息的收集、利用、交流等方面继续提供大力支持。
（三）美国国家自然科学基金会
美国国家自然科学基金会（NSF）于1950年成立，是独立的联邦机构，其宗旨是促进全美科学进步，促进国家向健康、繁荣和富强方向不断发展，确保国防安全等。NSF支持美国各类基础研究、培养学术人才，通过发现、学习和创新创造国家的未来。
NSF通过投资先进科学仪器设备和其他软硬件设施来建设国家级研究力量，支持优秀的科学和工程研究与教育。其年度预算大约为75亿美元（2016财年）。针对美国所有大学申请支持的基础研究，NSF最后批准大约24%的申请项目给予支持，其资助主要通过发放有限期的补助金来实现。目前，NSF每年大约支持1.2万个新项目，平均持续时间为3年，以资助那些被认为是最有前途的特定研究提案、研究机构等。这些项目中的大部分用于鼓励突出贡献的个人或研究团队，而其他部分则分别用于研究中心基础建设、仪器和设施改造，保障科学家、工程师和研究生能够专心在最前沿的知识系统中工作学习。
NSF的战略目标为“发现，学习，研究基础设施和管理”，为国家提供综合战略，推动知识前沿，培养科学和工程人才，并致力于延展提升全体公民的科学素养。
在过去的几十年里，NSF支持的研究人员已经获得了大约223项诺贝尔奖以及其他不胜枚举的荣誉。包括那些发现部分物质基本粒子的科学家（及团队），他们当中，有的人开创了古代文物的C-14测年方法，有的人分析了宇宙最早时代留下的宇宙微波，有的人解码了病毒遗传学，有的人创造了波色·爱因斯坦凝聚态的全新的物质状态。
NSF也为科学家和工程师从事研究实验活动提供资金，资助共享大型仪器设备，比如巨型光学和射电望远镜、南极研究站点、高端计算机设施和超高速连接、海洋研究用船舶、超微敏感探测器和引力波观测站等。
NSF还支持从学龄前一直到研究生学院甚至更高级科学与工程教育事业。通过资金和项目，将研究工作与人才教育和培养紧密结合起来，以确保在新兴的科学、工程和技术领域涌现大量的人才可以接续工作，并保障有足够能力的教师来培养下一代。
经授权，NSF可从事的主要活动有以下几方面。第一，通过拨款和合同等商业模式，启动并支持科学和工程研究与计划，加强科学和工程研究的潜力，促进各级教育计划开展，并评估研究对工业发展和社会的影响。第二，在科学和工程领域设立研究生奖学金。第三，促进美国和全球科学家、工程师之间的科学信息交流。第四，促进并支持信息技术和其他科学方法与技术的开发和使用，并使其服务于科学研究和教育。第五，评估各科学和工程的现状和需求，依据评估结果，设立研究和教育项目并使其与其他机构相关研究和教育计划相联系。第六，为收集、梳理和分析美国科学技术资源数据提供“中枢交换所”，并为其他联邦机构制定政策提供信息来源。第七，监管大学和相关组织申请获得的科学和工程研究项目，包括基础和应用研究以及研究设施的施建，每年直接向总统、国会报告基金动向。第八，发起和支持相关国际合作、国家安全和科学技术应用对社会的影响的具体科学和工程活动。第九，向纯粹的学术界和其他非营利机构提供启动开展科学工程研究的经费，可由总统批示支持其他类型组织的应用研究。第十，鼓励推行国家促进科学和工程领域基础研究和教育的政策。加强科学和工程领域的研究和教育创新，包括美国各地区的个人独立研究。第十一，支持旨在增加妇女、少数种族以及其他弱势人群在科学和技术中参与程度的活动。
（四）政府部门所属科研机构
1.美国能源部
美国能源部（USDE）是联邦政府在基础研究方面最主要的管理和资助机构。能源部下设24个国家实验室和技术中心，如大家熟知的橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室、洛斯·阿拉莫斯国家实验室，托马斯·杰弗逊国家加速器试验设施等，超过3万名科学家在这些实验室和技术中心从事前沿研究，重点领域主要包括高能物理、核科学、等离子体科学、计算科学、材料科学，以及生物、化学、环境科学等。这些国家实验室在高能物理、核科学、等离子体科学、计算科学等领域的研究代表着当今世界最高水平。
2.农业部
农业部（USDA）主要负责与农业相关的各类科学研究，也包括农业现状与未来的分析和展望、提供经济和农村社会方面的研究报告，汇集各种资料。例如：美国和世界对农业生产资料和各种农产品的需求，农业生产和销售中的成本和利润，政府政策和计划对农场主、农村居民和自然资源的影响等；国家农业统计局提供统计信息，发布州和全国的统计数字，并对各种农产品的生产、价格与劳务等问题进行预测，进行全球农产品市场预测等。
3.美国环境保护署
美国环境保护署（EPA）一直支持致力于营造更清洁、更健康的环境的科学研究。环保署雇用1.7万余名职员，分布在全国各地，包括华盛顿总局、10个区域分局、超过12所实验室。所有职员都受过高等教育和技术培训：半数以上是工程师、科学家、政策分析员。此外，还有部分职员是律师和公共事务、财务、信息管理和计算机方面的专家。
4.国家标准与技术研究院
美国商务部下属的国家标准与技术研究院（NIST）主要从事物理、生物和工程方面的基础和应用研究，以及测量技术和测试方法方面的研究，提供标准、标准参考数据及有关服务，在国际上享有很高的声誉。NIST的主要任务：一是建立国家计量基准与标准；二是发展为工业和国防服务的测试技术；三是研制与销售标准服务；四是提供计量检定和校准服务；五是参加标准化技术委员会制定标准；六是进行技术转让，帮助中小型企业开发新产品；此外NIST还承担防火、抗地震技术及应用计算技术等研究工作。
5.国防预研计划局
美国国防部下设的国防预研计划局（DARPA）负责研发用于军事用途的高新科学技术，机构设置、人员和经费等情况不公开。
二、高等院校
高等学校是美国科学研究的中坚力量，主要从事基础科研工作，在美国4000余所高等院校中，有条件从事科研的研究型大学约有700多所。美国的很多国家科学实验室、多领域杰出研究中心等都设立在大学内，由相关部门和大学共同管理。
例如，人们熟知的麻省理工学院（MIT）是美国一所研究型大学，以顶尖的工程学和计算机科学而著名，拥有林肯实验室（MIT Lincoln Lab）和麻省理工学院媒体实验室（MIT Media Lab）。在二战和冷战期间，麻省理工学院的研究人员对计算机、雷达、惯性导航系统等科技发展作出了重要贡献。
经过一个多世纪的发展，麻省理工学院科研成果丰富，在美国乃至世界都有非常重要的影响力。如盘尼西林的化学合成、LISP语言、“4D打印”技术等。其中，由杰·弗里斯特领导的旋风工程被誉为麻省理工学院20世纪最主要的成就。
麻省理工学院于1951年创立的林肯实验室是美国大学中第一个大规模、跨学科、多功能的技术研究开发实验室，其研究领域包括空间监控、导弹防御、战场监控、空中交通管制等。在计算机图形学、数字信号处理理论方面作出了很大的贡献。
三、工业界
美国工业界的研发投入较多，是技术创新的主体。工业界研究机构主要从事与产品和工艺结合紧密的发展研究和系统设计工作。
例如，美国通用电气公司（GE）的研究机构就属于这类工业界研究机构。美国通用电气公司非常重视科研工作，它的科研工作分为基础理论和应用研究两个方面，相关工作主要由研究与发展中心承担，为全公司服务，同时对各行业共性的一些课题进行联合研究。
自1900年通用电气在车库里建立了第一个研发中心以来，研发中心一直是通用电气公司技术发展的基石，通用电气公司的产品创新和技术创新均来自于通用电气公司研发中心[2]。它是世界上规模最大、最多元化的工业研究机构之一，为公司所有业务部门提供创新技术服务，研究方向集中在清洁能源、海水淡化与水处理、材料科学、电力电子和实时控制、安防技术、影像技术、化学技术等方面。
目前，通用电气公司在全球有四个一流实验室，分别位于美国纽约州尼斯卡于纳（1900年）、印度班加罗尔（2000年9月）、中国上海（2003年10月）和德国慕尼黑（2004年6月）。
四、其他非营利机构
美国的非营利机构也是科研的一支重要力量，这类科研机构包括：州政府和地方政府建立的科研机构、非政府组织或私人建立的科研机构。[3]
例如，总部设在美国俄亥俄州哥伦布市的巴特尔纪念研究所（又名巴特尔实验室）建立于1929年，是世界上最大的独立研究机构，在全球范围内的130个城市共雇用了2.2万名科学家和研究人员，每年支配着高达65亿美元的研发经费。
作为美国著名的非营利科研机构，巴特尔纪念研究所享受免税待遇，按照公司方式运行。自1965年成为美国能源部国家实验室的合同承包商以来，巴特尔纪念研究所管理了美国能源部的6个国家实验室、美国国土安全部的国家生物方位分析与反制中心，其经费的80%来自于政府。[4]
研究所创立之初，主要从事金属冶炼和材料科学的研究。80多年来，其研究领域不断扩展，涵盖了国家安全，健康与生命科学，能源、环境和材料科学等领域。巴特尔纪念研究所一直是“科学技术转化成生产力”“专利转化为生产力”运动的实践者和领导者，其开发的静电成像技术、去头屑洗发水、修正液、商品通用条形码等，不断改变着世界各地人们的生活，有人称赞该研究所“让‘沉睡’在学术刊物上的研究成果‘站立’起来，成为实际运用的东西”。