中國科學院自然科學史研究所自創建伊始就致力于整理和研究中國科學技術遺產，開展了許多專題研究，取得了諸多重要研究成果。
比如，席澤宗等人在古新星、超新星方面的研究蜚聲國際天體物理學界和天文學史界，華覺明等人于上世紀80 年代主持的“曾侯乙編鐘復原研究”獲文化部重大科技成果一等獎。此外，薄樹人和陳久金對天文學史的研究，杜石然對中國科技通史的研究，潘吉星對中國四大發明史的研究，曹婉如和鄭錫煌的地理學和制圖學史研究，郭書春的《九章算術》研究，戴念祖的中國古代物理學史研究，董光璧的中國近現代科技史研究，許良英對愛因斯坦與20 世紀物理學史的研究以及一批中年專家的研究工作，都在學術界產生了很大的影響。
同時，自然科學史研究所專家撰寫的多本著作都被譯成外文出版，或直接以外文出版，如《中國古代數學簡史》（李儼、杜石然）《中國數學史》（錢寶琮）《中國古代造紙技術史稿》（潘吉星）《中國古代建筑技術史》（張馭寰主編）《中國科學技術史稿》（杜石然等）《中國科學技術史·醫學卷》（廖育群）以及《漢代星空》（孫小淳）等等。
自1990 年以來，自然科學史研究所平均每5年承擔1~2項中國科學院重大研究項目，并組織所內研究人員與國內外學者合作，共同完成項目。這些項目反映了研究活動的主線和產出成果的基本態勢，因此研究所的科研工作也主要圍繞這些項目展開。
1990~2010 年間是研究所出成果比較集中的一個時期。1990 年，“中國古代科學技術史研究”被中國科學院立項為“八五”重點研究項目。在陳美東研究員的主持下，百余名中國科技史家陸續撰寫了28卷本《中國科學技術史》（盧嘉錫主編）。
作為領域內最突出的成果之一，《中國科學技術史》叢書反映了科技史研究與考古發現的新成果，分學科與門類展示了中國古代科學技術的發展歷程與主要成就，代表著國內科技史研究的最高水平。由于它足以與李約瑟主編的《中國科學技術史》（Science and Civilisation in China）媲美，因而被認為改變了以往國內主要靠李約瑟闡釋中國科技傳統的局面。其中，郭書春主編的數學史卷和席澤宗主編的科學思想史卷分別獲得中國歷史學最高獎——郭沫若歷史學獎一等獎和二等獎。同樣獲郭沫若歷史學獎二等獎的還有張秀民、韓琦的《中國印刷史》。
這一時期，自然科學史研究所的專家們還主持或合作撰寫了若干分學科的總結性叢書，包括《中國天文學史大系》《中國物理學史大系》《中國數學史大系》等，同時整理了古代文獻，出版了共50 卷的《中國科學技術典籍通匯》，完成了一項非常重要的基礎工作。
1996 年后，“中國傳統技術綜合研究”被中國科學院立項為“九五”重大研究項目。該項目分為傳統工藝與古代工程技術史兩個系列，分別由華覺明和何堂坤主持，由百余名國內技術史家和文化遺產學者共同承擔完成，主要研究成果為16 卷本《中國古代工程技術史大系》（路甬祥主編）和20 卷本《中國傳統工藝全集》（路甬祥主編）。其中，《中國傳統工藝全集》分門別類地調查和研究了中國的傳統工藝，出版后成為國家文化部門調查和保護傳統工藝、文物與遺址等文化遺產的重要學術依據，并獲得國家新聞出版總署最高圖書獎——“中華優秀圖書獎”。
自1978 年起，自然科學史研究所就開始研究近現代科技史，先后出版了《20 世紀科學技術簡史》（李佩珊、許良英主編）《貝爾實驗室》（閻康年）《中國近現代科學技術史》（董光璧主編）和《中國近現代技術簡史》（吳熙敬主編）等專著。2001 年，中國科學院將自然科學史研究所籌劃的“中國近現代科學技術發展綜合研究”列為知識創新工程重要方向項目。在張柏春、王揚宗的主持下，110 名所內外專家學者進行了36 項專題研究，完成35 卷本的《中國近現代科學技術史研究叢書》（路甬祥主編）。該叢書開創了中國近現代科技史研究的新局面，推動了該領域學術共同體的發展。其中，《蘇聯技術向中國的轉移》《中國航天技術發展史稿》等書被選譯成俄文并在圣彼得堡出版。
1999年，在中國科學院的鼓勵下，自然科學史研究所開始嘗試以史學為基礎的科技戰略研究，包括整理和編輯《中國科技政策資料選輯》，出版《中國科技規劃、計劃與政策研究》（文集），參與中國科學院面向2050 年的科技戰略研究，參與中國科學院與國家自然科學基金委員會組織的學科發展戰略研究，為起草《未來10 年中國學科發展戰略》《創新2050》《科技發展新態勢與面向2020 年的戰略選擇》《亞洲可持續發展研究報告》等戰略研究報告做出了重要貢獻。
2001年起，自然科學史研究所進一步開拓新的研究領域，將科技史、科技戰略、科學文化列為研究所的三個主要方向。其中，科學文化研究旨在為建設科學文化、整合科學與人文做出貢獻，同時擴大研究所的社會影響，爭取公眾與權威部門對研究所的理解及支持。2004 年，研究所與中國科學院規劃戰略局合作創辦期刊《科學文化評論》，同年底開展傳統工藝與文物科技研究，以適應國家文化遺產調查與保護工程的需求。
2004年起，研究所的近現代科技史學者逐步將目光轉向中國科學院歷史的研究和編著，以及“中國西北科學考察團的綜合研究”（羅桂環主持）“中國近現代生物學史”（羅桂環主持）“中外科學技術發展的比較”（張柏春主持）等專題研究，并參與組織口述史研究與科學家資料的采集與整理等工作。這方面的成果包括《中國科學院人物傳》《中國西北科學考查團綜論》《中國西北科學考查團專論》以及《技術轉移與技術創新歷史叢書》等。
長期以來，研究所承擔了多項國家重大文化研究項目。1996 年，科技部啟動“夏商周斷代工程”，席澤宗受聘出任該項目的首席科學家，主持研究天象記錄，以天文學手段推定重大歷史事件的絕對年代。2001 年5 月，該項目獲科技部等四部委聯合頒發的重大科技成果獎。2002 年，文化部啟動“清史纂修工程”，席澤宗、韓琦等分別承擔清史“天文志”和“科技志”的纂修。2006 年，郭書春主持國家新聞出版總署立項的國家重大文化工程《中華大典·數學典》的編修工作。
在國際合作方面，20世紀80 年代，研究所的國際合作開始從個人合作逐步發展到機構間合作，并產出了一批有影響力的合作成果。如郭書春與法國科研中心教授林力娜合作完成的中法對照本《九章算術》（2004 ）于2006 年獲得法蘭西學院的平山郁夫獎；2001 年起，研究所與德國馬普學會科學史研究所建立伙伴小組，兩國學者合作出版了《轉變與傳播》和《傳播與會通》。
50余年來，自然科學史研究所在中國古代數學史、天文學史、物理學史、化學史、地學史、生物學史、技術史與中外科技交流史、醫學史等領域的許多方面做了深入的專題研究，并在中國近現代科技史領域做出了一些開創性的研究工作，共撰寫、編輯和出版著作400余部，發表論文及作品5000 余篇，50 多部著作獲國家級圖書獎、中國科學院自然科學獎以及省部委科技成果獎。2008~2013 年間，研究所在職研究人員共出版專著和其他書籍83 部，發表論文483 篇，其中外文48 篇。2010~2013 年間，研究所離退休專家共出版論著36 余部。
在科研工作之外，自然科學史研究所還發揮學科特長，向社會公眾開展了多種形式的科普工作。如舉辦“中國古代科技成就”“科學之門——從諾貝爾獎看二十世紀科技發展”“中德科技合作”“愛因斯坦的世界——愛因斯坦奇跡年百年展”等大型圖展，還以演講、著述和翻譯國外名著的形式，積極向社會傳播科學文化，參與制作《龍騰》大型系列片（中英合作），擴大了研究所的社會影響力。
2011年以來，研究所啟動“一三五”規劃，研究工作主要圍繞“三個突破”和“五個重點培育”展開，探索新的研究方法與范式，項目組和研究所開展系列研討活動；學術交流活躍，研究所、研究室和研究中心組織多樣的學術報告會、講座、論壇等活動，邀請許多國內外學者參與交流或作報告；雙邊或多邊的國際研討活躍，且注重解決學術問題，青年學者得到鍛煉；體現“一三五”布局的研究成果逐漸增多，研究人員和研究生參加國際會議較多，取得良好成效；部分研究人員被邀請到大學、培訓學院或中學授課�！�
（本文由中國科學院自然科學史研究所提供）