За десятилетие расходы на науку увеличились почти в четыре раза. Как результат, в 50–60-е гг. было сделано 80 % всех научных открытий СССР за все послевоенные годы. А развитие научно-технической мысли в стране ознаменовалось рядом крупнейших достижений мирового уровня. Так, вслед за пуском 27 июня 1954 г. под Обнинском первой в мире атомной электростанции в разных районах страны началось сооружение ещё более мощных атомных станций — Новосибирской, Воронежской и др. В декабре 1957 г. был спущен на воду первый в мире атомный ледокол «Ленин». Со второй половины 50-х гг. в Советском Союзе строятся атомные подводные лодки, развивается серийное производство вычислительной техники, что открывает дорогу магистральному направлению НТР — автоматизации производственных процессов. В области физики атомного ядра советская наука смогла занять одно из ведущих мест в мире. В СССР был создан самый мощный в мире ускоритель заряженных частиц с энергией до 10 миллиардов электрон-вольт. За большой вклад в изучение теории цепных химических реакций академик Н. Н. Семенов в 1956 г. был награжден Нобелевской премией. В 50 — начале 60-х гг. были удостоены Нобелевской премии также физики П. А. Черенков, И. М. Франк и И. Е. Тамм за теорию излучения Вавилова-Черенкова, академик Л. Д. Ландау за создание теории сверхтекучести, Н. Г. Басов и А. М. Прохоров (совместно с американцем Ч. Таунсом) — за разработку молекулярных квантовых генераторов.
Весной 1956 г. на полигоне Капустин Яр под Волгоградом был осуществлен успешный пуск первой в мире ракеты Р-5М с ядерным зарядом. Этот ракетный комплекс сыграл важную роль в создании отечественных ракетных войск стратегического назначения. Через два с небольшим года воинские ракетные части на базе ракет Р-5 впервые заступили на боевое дежурство в Крыму. 17 декабря 1959 г. в СССР создается новый вид Вооруженных Сил — ракетные войска стратегического назначения (РВСН).
Триумфом советской науки и техники явилось создание под руководством С. П. Королева и М. В. Келдыша первого в мире искусственного спутника Земли и выведение его на орбиту 4 октября 1957 г. Первый искусственный спутник был запущен на «военные деньги», выделенные Главнокомандующему ракетными войсками М. И. Неделину на реализацию стратегической ракетно-ядерной программы.
Под проект десантирования войск на территорию противника через космос маршал позволил Королеву переоборудовать его штатную боевую межконтинентальную ракету Р-7 в космический корабль «Восток». 12 апреля 1961 г. положило начало новой космической эре. 108 минут, которые провел на орбите первый в мире космонавт Юрий Гагарин, дали ответ на вопрос о возможности жизни и работы человека в космическом пространстве.