随着工业革命的进展，美国科技发展的速度加快了。从1860～1900年，专利局所发的专利特许激增到60多万件。即使在内战中，国会还通过了莫里尔授地法，赠地建农业学校，组建农业部，因为当时农业是科技的重点。1863年，国会立法创建了国家科学院，既作为国家的学术荣誉机构，又作为联邦政府的科学咨询机构。这段时期也是美国高校网络形成之时，美国的大学毕业生数量开始跃居世界首位。在19世纪的最后30年中，美国的科技发明全面开启，科研机构纷纷成立。除了美国气象局、地质调查局等政府机构，1872年，“发明大王”爱迪生创立了第一个私人研究所，日后成为通用电气公司的研究机构。当时电气方面的发明层出不穷，也正是在电气时代，美国经济由于科技领先而后来居上。
美国在19世纪中也产生了一些具有世界影响的科学家。人类学家刘易斯·亨利·摩尔根在1877年发表了《古代社会》一书，提出文化进化理论，科学地论述了文明的起源和进化；数学物理学家乔舒亚·威·吉布斯是化学热力学的创始者之一，名列20世纪以前最有影响的十大物理学家之一；物理学家艾伯特·亚·迈克尔逊是美国第一位诺贝尔奖得主，曾任国家科学院院长，他对光速的研究与日后爱因斯坦提出相对论有渊源关系；生物学家摩尔根也是诺贝尔奖得主，他用果蝇做试验，创建了染色体遗传理论。
进入20世纪，美国的科技仍以应用为主，但1911年成立的卡内基基金会和1913年成立的洛克菲勒基金会开始加强对基础研究的支持。两次世界大战对美国的科技发展起到了巨大的促进作用，战争导致了政府的干预和投入，国家利益最终决定了科技发展的方向和力度。一次大战开始后，联邦政府对科技的资助经费每4年翻一番。1916年，国家科学院成立全国研究理事会，协调不同的科研系统，开启了跨学科跨机构的大型研究。一战后的20年间，贝尔实验室等一大批工业实验室和国家实验室宣告成立。“新政”时期，政府进一步明确了科研是重要的国家资源，并设立国家资源委员会来负责科研事项。1930年左右，美国的技术和应用科学已居世界前列。
二次大战期间，美国的科技发展日臻成熟。联邦政府将科研置于自己的控制之下，使其为战争服务。由于希特勒的崛起，大批欧洲科学家，尤其是德国科学家避难来到美国，极大地增强了美国的科研队伍。1939年爱因斯坦等移居美国，向美国军事机构指出原子能发展的重要意义。年底，罗斯福命令组织铀咨询委员会，1942年研制原子弹的曼哈顿工程秘密启动，聚集了几千名研究人员，动员10万人力，耗资20亿美元，历时3年，终于在1945年6月16日爆炸了第一颗原子弹。这标志着美国已经成为科技霸主，进入了大科学时代。
原子弹的爆炸充分显示了科技的非凡威力，人类进入了一个科技的时代，国家的强大也越来越取决于它的科技实力。1950年，美国成立国家科学基金会。1951年又成立总统科技顾问委员会，在科技关系到国家安全和国家威望之处向总统进言。同年，世界上第一个科学园——以“硅谷”享誉全球的斯坦福工业园创立。但是科技的新发现似乎总是首先用于军事目的，特别是在冷战年代。美国和苏联陷入了危险的核武器竞赛，从氢弹、中子弹直到“星球大战计划”，美国为保持核优势和军事优势不惜任何代价。在空间技术上美苏也互比高低，1957年苏联人造卫星发射成功，1958年美国国会通过《国家航空和宇宙航行法》，并成立国家航空航天局。
1961年4月，苏联载人宇宙飞船上天，令美国朝野十分震惊。肯尼迪总统随即宣布：“保证在这个10年结束之前，达到使人登上月球并安全返回地球的目标。”于是美国科技预算猛增，人力物力大量投入，以保证登月计划的实施，“阿波罗11号”终于在1969年7月20日登上月球。从1961～1972年，阿波罗工程共有6次登月，历时11年，共耗资255亿美元，动用总人数30万人。此后美国又发展航天飞机，从1984年起，陆续发射了“开拓号”、“哥伦比亚号”、“挑战者号”、“发现号”和“奋进号”等，其中除“挑战者号”惨遭失败外，其余均获成功。现在美国有三大宇宙研究中心：约翰逊航天中心、马歇尔航天中心和肯尼迪航天中心。位于佛罗里达的肯尼迪航天中心是美国最大的航天器发射场。
第二次世界大战前，全世界获诺贝尔奖的科学家一共有142位，其中美国20位，占14％。二战后1946～1994年，全世界获奖科学家人数达282位，其中美国150位，占总数的53%，在各国中名列第一。战后资本主义国家最重要的科技项目有60％在美国首先研究成功，75％在美国首先应用。美国也是世界上输出技术最多的国家，年收入可达几十亿美元。美国在基础研究上也早已赶超欧洲，全世界科技文献中约有40％的是美国科研人员的成果。
目前，美国位居世界科技中心，在现代科学的三大标志技术——原子能、电子计算机和空间技术上都居于领先地位。在生命科学中，美国科学家首先发现基因由DNA组成，并成功构造了DNA分子模式。1989年，美国成立“国家人类基因组研究中心”，1990年国会批准实施人类基因组计划，投入资金30亿美元。美国在二战时开始研制电子计算机，于1946年造出第一台计算机“ENIAC”，后来逐步升级而日趋先进。1992年，美国正式提出“信息高速公路”计划，1996年又提出“新一代因特网”计划，准备彻底更新遍布美国的计算机网络系统，使它比目前的因特网增速一千倍。由此可见，信息革命将成为工业革命后人类所经历的最大的社会变革。
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（第三节） 灵活的科研体系
美国的科研机构分为4大体系：联邦政府研究机构、私人工业企业研究机构、高等院校研究机构和私人非营利研究机构。它们各占全国科研份额的15％、70％、10％和5％。科研人员之比为7％、76％、14％和3％。科研经费之比为11％、72％、13％和4％。
联邦政府提供的科研经费最多，占全国科研经费的一半左右，但它尽量不建立独立的研究机构，而是以合同或资助的方式将科研项目委托给非政府的科研机构，只提供经费，不进行具体管理；以1989年为例，联邦政府的科研经费中只有33％拨给了政府所属的研究机构，有52％拨给了私人工业企业的研究机构，其余14%拨给了高校，l％拨给了非营利机构。
联邦政府直属的实验室进行必须由政府承担的科研项目，优先发展军事、空间、卫生、能源和基础科学。其中开发工作占52％，应用工作占28％，基础工作占20％。在经费上，军事与民用之比约为6∶4。联邦政府各部门还资助一些研究中心，由非政府研究机构负责行政管理，也称为国家实验室，工作人员皆为政府雇员。
目前联邦政府所属实验室约有750个，雇员22万人。美国没有独立而庞大的从事基础研究的科学院，基础研究有一半依靠高等院校。高校中教学和科研同时进行，相辅相成。在美国3000多所高校中，从事研究的主要是300多所设有研究生院的大学，其中约90所大学的科研占了全部高校科研的80%以上，而最重要的20所大学又占了50％。所以美国高校的科研主要是在10％的学校中进行的。其中又以麻省理工学院、约翰斯·霍普金斯大学、斯坦福大学、哈佛大学、加州大学、密歇根大学、芝加哥大学和威斯康星大学等最为重要。高校的科研以基础科学为主，占其研究的66％，应用科学占26％，开发工作占8％。高校的科研经费主要来自联邦政府，约占55％。其次为高校本身，再其次是州政府、非营利机构和工业企业。
私人工业企业的研究机构以改进产品、开发新产品、提高劳动生产率为目的。它们是美国科研的主力，也是科研成果的主要占有者。作为营利机构，它们必须追求经济效益和投资回收，一般应在5年内回收投资的50％。所以工业企业的科研以开发为主，占75％，应用占20％，而基础研究仅占5％。它们的经费约有1／3来自联邦政府，2／3自己承担。现在美国私人工业企业研究单位大约有2万个，其中l00家最大公司的科研经费占75％。多数大公司都有自己的中央实验室或研究开发部，设备完善，实力雄厚，经费可高达十几亿甚至几十亿美元，占其销售额的10％。美国电报电话公司（AT＆T）的贝尔研究所，雇员达2万多人，拥有专利2万多项，曾有7人获诺贝尔奖。IBM有研究所30个，雇员2.9万人，其设在纽约的中央实验室就有3000多人，曾有4人获诺贝尔奖。
非营利研究机构大多在二战后兴起，主要是各种科学院、私人研究所和研究公司、博物馆、动植物园、非营利的医院、学会、私人基金会等。它们的科研中基础研究占37％，开发占34％，应用占29%。经费来源以联邦政府提供为主，将近2／3，其次由自身和工业企业提供。这些非营利研究机构虽然占全美科研的份额不大，但往往具有特殊技能，影响不小，是重要的咨询机构，被称为“思想库”。美国年经费预算在200万以上的这类研究机构约有200个，着名的有兰德公司、国际斯坦福研究所和麻省总医院等。
现在美国联邦级的科研机构有国家科学院、国家工程科学院和国家医学科学院等。它们都统属国家科研委员会。美国这种多元化的科研体系既有优点，也有缺点。优点是可以各自发挥长处，优势互补。缺点是缺乏有机联系，可能导致利益冲突，相互保密性强。
技术进步因素在美国经济增长中的比例已经越来越大。1950年代，美国经济增长中的投资因素为80％，科技因素只占20％。到20世纪70年代已是一半对一半。到20世纪90年代初，投资因素只占30％，而科技因素占到70％。1995年美国除了整体技术实力居世界第一外，在27个关键技术领域基本上处于领先，其中包括信息通讯、生物、医学、农业、环保等。
美国的科研机构可分为3种类型：一是政府实验室，如以军事目的为主的原子能实验室、宇航实验室等；二是公用事业单位的研究发展中心，如环保、卫生、标准计量等发展中心；三是私营企业的研究开发部门。美国是一个以私有制为主体的国家，所以除某些影响国防和社会的关键研究所由联邦政府管理外，其他均为私营。这部分研究单位占全国科研单位总数的60%以上。这些科研单位在科普教育方面发挥着以下三种作用：
首先是大力推动科技成果的普及转化。例如在“冷战”结束之后，美国的空间和军事研究成果迅速向民用转移。他们将部分成果“解密”，积极为军事科研成果寻找民用市场，大力发展军民两用产品。这些产品的生产成本低，技术含量高，取得了明显的经济、社会效益。正是由于这些科研成果向现实生产力的转化，使美国几乎所有行业的科技水平发生了深刻的变化，很多新兴的工业部门，如电子工业、高分子合成工业、宇航工业等得到了长足的发展。尤其是计算机的发展和广泛应用，给社会带来的影响更是始料不及的。据说，在美国有55%以上的人在家中或工作中使用计算机，居世界之首。据统计，仅1995年一年，美国人在工作中使用计算机的时间就长达320小时，回到家中还使用120小时。计算机的普及大大提高了美国人的工作效率和生活质量，也推动了价值观念的转变和思想观念的更新。
第二，科研单位与工业部门的紧密结合与合作，形成了既出成果又出人才的良性循环。美国的大学承担着教学和科研两大任务，因此科研经费和教育经费是分别核算的。随着现代化研究设备精密度的要求越来越高，结构越来越复杂，价格也越来越昂贵，得不到联邦政府资助的一般大学的科研手段便无法更新。于是便采取了大学与企业联姻的办法。其合作方式有如下几种：一是工商企业家参加大学的“理事会”或“监事会”，使大学和企业之间建立起良好的沟通渠道；二是企业直接对大学的研究项目进行投资，学校出成果，企业见效益；三是大学与企业共同举办专业学术研讨会或培训班，帮助企业提高职工素质；四是大学与企业之间人员互相交流。企业聘请教授任顾问，大学邀请企业家到学校任教，有助于双方技术水平的提高和人才的成长。
第三，科研机构对社会的开放，使广大群众更加贴近了科学。这里讲的开放有两个方面：一是科学家走进公众，二是公众走进实验室。科学家经常通过大众传媒向公众发表科普讲话，在公共场合与青少年学生见面。他们还撰写科普读物，将深奥的最新的科学技术成果用浅显易懂的语言解释，在大众中普及。美国是一个开放的社会，其实验室也向社会开放，这不仅避免了大型设备的重复购置，提高了使用率，更重要的是使公众进入了科学的殿堂，亲眼看到了科学家们在如何地工作，以及科学技术的最新成果。
（第四节） 自由化市场经济
美国是世界上经济实力最强大、科技水平最高的国家。农业占国民生产总值的2%，工业占23%，服务业占75%，通胀率为2.5%。全美劳动力1.23亿人（含失业人口），其中经营管理和高级专业人员占28.3%，技术、销售和行政支持人员占30.3%，服务人员占13.5%，制造业、矿产、运输和手工艺人员占25.3%，农业、林业和渔业人员占2.8%，失业率为5.6%。美国在世界上领先的产业主要包括石油、钢铁、汽车、航天航空、通信、化工、电子、计算机、食品加工、采矿等。
充满活力的自由市场经济制度是美国国民自己决策的结果。美国的国民在自由市场经济制度下扮演着多重角色，他们既是消费者，又是生产者、投资者和决定他们自己命运的投票表决者。美国人往往又自称他们国家是一种混合经济，所谓混合经济的含义是，在美国，绝大多数的生产资料和产品是私人拥有的，实行的是市场经济，但美国联邦政府在市场经济中扮演着极为重要的角色。美国以其占世界人口5%的国民，生产着占世界总产量25%的产品。
将美国经济和自由企业制度结合在一起是美国获得成功的主要因素。但这种结合有时也会和政府的管理角色发生冲突。政府有时会刺激某些产业的增长，当发生滥用市场势力的现象时，会采取法律手段加以制约；当由于国外进口产品涌入而损害国内产业时，会采取关税措施予以保护；有时还会参与社会福利的再分配过程。
