基础前沿研究取得重要进展。如：在世界上首次证明iPS细胞的全能性，被美国《时代周刊》评为2009年10大医学突破之一；极大地提高了量子信息存储时间，向量子计算原理性实现迈出关键一步；揭示水稻耐盐基因HAL3参与光调控植物发育的新机制，突破了传统的光受体调控机制的主流模式；发现维持神经元蛋白极性分布的一种新机制，为研究神经信号传导提供了崭新的视角；首次揭示了一种信号蛋白（β-arrestin1）在脊椎动物造血发育过程中的功能；预言了拓扑绝缘体这一新的量子物态，并为实验所证实；高温超导体机理研究取得新的重要突破；发现迄今为止全球最古老、保存最完整的硬骨鱼类化石，为早期鱼类的分化提供了新的确凿的最近时间校正点；在辽宁岫岩首次证实我国存在陨石撞击坑地质构造；开辟绿色高效催化合成环己酮新途径，苯酚转化率和环己酮选择性均接近100%；纳米尺度下水分子表面界面研究取得新突破。

战略高技术取得重要突破。如：传感网、物联网关键技术研发和示范性应用取得突破，带动了信息技术产业与信息化的新一轮发展；全电动汽车及车用碳纤维复合材料部分关键技术研发取得突破，实现多型车的整车集成和演示；成功完成“遥感六号”和“遥感八号”卫星主载荷研制并实现在轨稳定运行；成功开发世界首创的“煤制乙二醇”成套技术，建成20万吨级工业示范装置；建成两套16万吨级煤间接合成油工业示范装置并稳定运行；建成我国第一套单精度峰值超过每秒1000万亿次浮点运算的超级计算软硬件系统并投入应用；研制出大容量钠硫储能电池，使我国成为世界上第二个掌握该项核心技术的国家；钛铝金属间化合物新型航空叶片材料取得突破并实现规模化应用；建成世界首个多节点光量子电话实验实用网。在国家与公共安全领域取得了一批重要成果。

重大公益性研究成效显著。如：国家一类抗菌新药盐酸安妥沙星获新药证书；首次阐明DEP1基因在水稻增产中的重要作用，为培育出更高产的水稻新品种提供了新途径；建成国际上第一个国家级地貌数据库共享系统，并出版《中华人民共和国地貌图集（1:100万）》；研制成功我国首台地面成像光谱辐射测量系统，实现遥感高空间分辨率图像和高光谱分辨率光谱的图谱合一；提出新的短期气候预测理论与方法，为提高我国关键区域短期气候预测的准确率提供了新途径；完成至2050年大气CO2浓度控制各国排放配额计算，为我国参与国际气候谈判提供了重要科学依据和建议。

在国家和人民需要的关键时刻，挺身而出，提供有力的科技支撑。如：由上海微系统所、微电子所、新疆理化所组成的“宽带无线应急通信团队”，在我国有关地区维稳工作中发挥了重要作用。紧急启动和实施甲型H1N1流感应急研究，开展疫苗和药物研发、检测、疫情预警评估等。

大科学装置建设取得显著进展。大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜、北京正负电子对撞机重大改造工程、中国西南野生生物种质资源库顺利通过国家验收，高质量完成上海光源建设并全面投入使用，东半球空间环境地基综合监测子午链、稳态强磁场装置等在建工程进展顺利。建成我国第一艘大型小水线面双体科学考察船“实验1号”并投入使用。多个大科学装置向国内外提供了优质开放的服务。在大科学工程建设过程中，凝聚培养了一批业务精湛的工程建设和管理队伍，建立和完善了工程建设的管理制度和质量保证规范。中科院大科学装置的区域和学科布局更加适应国家科技发展的需要，已逐步成为具有世界先进水平、对国内外开放的大型多学科综合性国家研究基地。

2009年，中科院作为第一完成单位获得国家科技奖29项。自然科学奖13项，占全国的46%，其中《中国植物志》获一等奖；科技进步奖二等奖14项；技术发明奖二等奖2项。