天文事业方面，最突出的成绩是1934年南京紫金山天文台的落成，这是我国规模最大的一座国立天文台，也是我国自己建立的第一座现代天文台。其大部分仪器都由国外购进，设备精良，拥有包括600毫米反射大赤道仪（当时远东最大望远镜）、135毫米超人差自动子午仪在内的现代化设备，一时号称“东亚之最新式”。此后，我国的天文事业逐渐闻名于世。
天文学研究队伍中，以陈遵妫、张钰哲最有成绩。前者在1930—1937年，先后出版了《流星论》、《宇宙壮观》、《星体图说》、《民国二十五年六月十九日全食》、《恒星图》等7部专著。
张钰哲早年在美国获得博士学位，并发现“中华”号小行星，回国后于1933年出版了专著《天文学论丛》。
抗战时期，中央研究院天文所西迁，在昆明东郊建立了我国西部第一个天文台，并于1941年成功地观测了日全食。
气象学和气象事业方面，也有一定进展。1929年，南京钦天阁气象台落成，至1933年，全国各地的气象台已增至7处。
研究机构中，中央研究院气象研究所做了大量工作，发表的有价值专论不少，其中《华北雨量的变率》较为著名，它指出华北地区大部分地带雨量的变率都超过20％，因此华北旱灾频繁；此外，他们的重要研究成果还有《拉萨之气候》、《西藏高原及其四周之雨量》、《四川气候区域》、《中国高空气候初步检讨》、《中国气候区域新论》、《中国夏季风之进退》等。