回國後長期擔任火箭、導彈和衛星研製的技術領導職務，為建立和發展中國的導彈、航天事業作出了傑出貢獻。在工程控制論、系統工程和系統科學、思維科學和人體科學以及馬克思主義哲學等許多理論領域都進行過創造性研究，作出了重大貢獻。1956年獲中國科學院自然科學獎一等獎，1985年獲國家科技進步獎特等獎，1991年被國務院、中央軍委授予“國家傑出貢獻科學家”榮譽稱號和一級英模獎章。中國科學院院士。1994年當選為中國工程院院士。
錢學森長期擔任中國火箭和航天計劃的技術領導人，對航天技術、系統科學和系統工程做出了巨大的和開拓性的貢獻。錢學森共發表專著7部，論文300多篇。主要貢獻表現在以下幾方面：
①應用力學
錢學森在應用力學的空氣動力學方面和固體力學方面都做過開拓性的工作。與馮•卡門合作進行的可壓縮邊界層的研究，揭示了這一領域的一些溫度變化情況，創立了卡門—錢學森方法。與郭永懷合作最早在跨聲速流動問題中引入上下臨界馬赫數的概念。
②噴氣推進與航天技術
從40年代到60年代初期，錢學森在火箭與航天領域提出了若干重要的概念：在40年代提出並實現了火箭助推起飛裝置(JATO)，使飛機跑道距離縮短；在1949年提出了火箭旅客飛機概念和關於核火箭的設想；在1953年研究了行星際飛行理論的可能性；在1962年出版的《星際航行概論》中，提出了用一架裝有噴氣發動機的大飛機作為第一級運載工具，用一架裝有火箭發動機的飛機作為第二級運載工具的天地往返運輸系統概念。
工程控制論在其形成過程中，把設計穩定與制導系統這類工程技術實踐作為主要研究物件。錢學森本人就是這類研究工作的先驅者。
④物理力學
錢學森在1946年將稀薄氣體的物理、化學和力學特性結合起來的研究，是先驅性的工作。1953年，他正式提出物理力學概念，主張從物質的微觀規律確定其宏觀力學特性，改變過去只靠實驗測定力學性質的方法，大大節約了人力物力，並開拓了高溫高壓的新領域。1961年他編著的《物理力學講義》正式出版。現在這門科學的帶頭人是苟清泉教授，1984年錢學森向苟清泉建議，把物理力學擴充套件到原子分子設計的工程技術上。
錢學森不僅將中國航天系統工程的實踐提煉成航天系統工程理論，並且在80年代初期提出國民經濟建設總體設計部的概念，還堅持致力於將航天系統工程概念推廣應用到整個國家和國民經濟建設，並從社會形態和開放複雜巨系統的高度，論述了社會系統。任何一個社會的社會形態都有三個側面：經濟的社會形態，政治的社會形態和意識的社會形態。錢學森從而提出把社會系統劃分為社會經濟系統、社會政治系統和社會意識系統三個組成部分。相應於三種社會形態應有三種文明建設，即物質文明建設(經濟形態)、政治文明建設(政治形態)和精神文明建設(意識形態)。社會主義文明建設應是這三種文明建設的協調發展。從實踐角度來看，保證這三種文明建設協調發展的就是社會系統工程。從改革和開放的現實來看，不僅需要經濟系統工程，更需要社會系統工程。 ⑥系統科學
錢學森對系統科學最重要的貢獻，是他發展了系統學和開放的複雜巨系統的方法論。
⑦思維科學
人工智慧已成為國際上的一大熱門，但學術思想卻處於混亂狀態。在這樣的背景下，錢學森站在科技發展的前沿，提出建立思維科學(noetic science)這一科學技術部門，把30年代中國哲學界曾議論過，有所爭論，但在當時條件下沒法講清楚的主張，科學地概括成為思維科學。比較突出的貢獻為：
(1)錢學森在80年代初提出建立思維科學技術部門，認為思維科學是處理意識與大腦、精神與物質、主觀與客觀的科學，是現代科學技術的一個大部門。推動思維科學研究的是計算機技術革命的需要。
(2)錢學森主張發展思維科學要同人工智慧、智慧計算機的工作結合起來。他以自己親身參予應用力學發展的深刻體會，指明研究人工智慧、智慧計算機應以應用力學為借鑑，走理論聯絡實際，實際要理論指導的道路。人工智慧的理論基礎就是思維科學中的基礎科學思維學。研究思維學的途徑是從哲學的成果中去尋找，思維學實際上是從哲學中演化出來的。他還認為形象思維學的建立是當前思維科學研究的突破口，也是人工智慧、智慧計算機的核心問題。
(3)錢學森把系統科學方法應用到思維科學的研究中，提出思維的系統觀，即首先以邏輯單元思維過程為微觀基礎，逐步構築 單一思維型別的一階思維繫統，也就是構築抽象思維、形象(直感)思維、社會思維以及特異思維(靈感思維)等；其次是解決二階思維開放大系統的課題；最後是決策諮詢高階思維開放巨系統。
錢學森是華人體科學的倡導者。
錢學森提出用“人體功能態”理論來描述人體這一開放的複雜巨系統，研究系統的結構、功能和行為。他認為氣功、特異功能是一種功能態，這樣就把氣功、特異功能、中醫系統理論的研究置於先進的科學框架之內，對氣功、特異功能的研究起了重大作用。在錢學森指導下，北京航天醫學工程研究所的研究人員於1984年開始對人體功能態進行研究，他們利用多維資料分析的方法，把對人體所測得的多項生理指標變數，綜合成可以代表人體整個系統的變化點，以及它在各變數組成的多維相空間中的位置，運動到相對穩定，即目標點、目標環的位置。他們發現了人體的醒覺、睡眠、警覺和氣功等功能態的各自的目標點和目標環。這樣，就把系統科學的理論在人體系統上體現出來了，開始使人體科學研究有了客觀指標和科學理論。
⑨科學技術體系與馬克思主義哲學
錢學森認為，馬克思主義哲學是人類對客觀世界認識的最高概括，也是現代科學技術(包括科學的社會科學)的最高概括，錢學森將當代科學技術發展狀況，歸納為十個緊密相聯的科學技術部門.
回國後長期擔任火箭、導彈和衛星研製的技術領導職務，為建立和發展中國的導彈、航天事業作出了傑出貢獻。在工程控制論、系統工程和系統科學、思維科學和人體科學以及馬克思主義哲學等許多理論領域都進行過創造性研究，作出了重大貢獻。1956年獲中國科學院自然科學獎一等獎，1985年獲國家科技進步獎特等獎，1991年被國務院、中央軍委授予“國家傑出貢獻科學家”榮譽稱號和一級英模獎章。中國科學院院士。1994年當選為中國工程院院士。
錢學森長期擔任中國火箭和航天計劃的技術領導人，對航天技術、系統科學和系統工程做出了巨大的和開拓性的貢獻。錢學森共發表專著7部，論文300多篇。主要貢獻表現在以下幾方面：
①應用力學
錢學森在應用力學的空氣動力學方面和固體力學方面都做過開拓性的工作。與馮•卡門合作進行的可壓縮邊界層的研究，揭示了這一領域的一些溫度變化情況，創立了卡門—錢學森方法。與郭永懷合作最早在跨聲速流動問題中引入上下臨界馬赫數的概念。
②噴氣推進與航天技術
從40年代到60年代初期，錢學森在火箭與航天領域提出了若干重要的概念：在40年代提出並實現了火箭助推起飛裝置(JATO)，使飛機跑道距離縮短；在1949年提出了火箭旅客飛機概念和關於核火箭的設想；在1953年研究了行星際飛行理論的可能性；在1962年出版的《星際航行概論》中，提出了用一架裝有噴氣發動機的大飛機作為第一級運載工具，用一架裝有火箭發動機的飛機作為第二級運載工具的天地往返運輸系統概念。
工程控制論在其形成過程中，把設計穩定與制導系統這類工程技術實踐作為主要研究物件。錢學森本人就是這類研究工作的先驅者。
④物理力學
錢學森在1946年將稀薄氣體的物理、化學和力學特性結合起來的研究，是先驅性的工作。1953年，他正式提出物理力學概念，主張從物質的微觀規律確定其宏觀力學特性，改變過去只靠實驗測定力學性質的方法，大大節約了人力物力，並開拓了高溫高壓的新領域。1961年他編著的《物理力學講義》正式出版。現在這門科學的帶頭人是苟清泉教授，1984年錢學森向苟清泉建議，把物理力學擴充套件到原子分子設計的工程技術上。
錢學森不僅將中國航天系統工程的實踐提煉成航天系統工程理論，並且在80年代初期提出國民經濟建設總體設計部的概念，還堅持致力於將航天系統工程概念推廣應用到整個國家和國民經濟建設，並從社會形態和開放複雜巨系統的高度，論述了社會系統。任何一個社會的社會形態都有三個側面：經濟的社會形態，政治的社會形態和意識的社會形態。錢學森從而提出把社會系統劃分為社會經濟系統、社會政治系統和社會意識系統三個組成部分。相應於三種社會形態應有三種文明建設，即物質文明建設(經濟形態)、政治文明建設(政治形態)和精神文明建設(意識形態)。社會主義文明建設應是這三種文明建設的協調發展。從實踐角度來看，保證這三種文明建設協調發展的就是社會系統工程。從改革和開放的現實來看，不僅需要經濟系統工程，更需要社會系統工程。 ⑥系統科學
錢學森對系統科學最重要的貢獻，是他發展了系統學和開放的複雜巨系統的方法論。
⑦思維科學
人工智慧已成為國際上的一大熱門，但學術思想卻處於混亂狀態。在這樣的背景下，錢學森站在科技發展的前沿，提出建立思維科學(noetic science)這一科學技術部門，把30年代中國哲學界曾議論過，有所爭論，但在當時條件下沒法講清楚的主張，科學地概括成為思維科學。比較突出的貢獻為：
(1)錢學森在80年代初提出建立思維科學技術部門，認為思維科學是處理意識與大腦、精神與物質、主觀與客觀的科學，是現代科學技術的一個大部門。推動思維科學研究的是計算機技術革命的需要。
(2)錢學森主張發展思維科學要同人工智慧、智慧計算機的工作結合起來。他以自己親身參予應用力學發展的深刻體會，指明研究人工智慧、智慧計算機應以應用力學為借鑑，走理論聯絡實際，實際要理論指導的道路。人工智慧的理論基礎就是思維科學中的基礎科學思維學。研究思維學的途徑是從哲學的成果中去尋找，思維學實際上是從哲學中演化出來的。他還認為形象思維學的建立是當前思維科學研究的突破口，也是人工智慧、智慧計算機的核心問題。
(3)錢學森把系統科學方法應用到思維科學的研究中，提出思維的系統觀，即首先以邏輯單元思維過程為微觀基礎，逐步構築 單一思維型別的一階思維繫統，也就是構築抽象思維、形象(直感)思維、社會思維以及特異思維(靈感思維)等；其次是解決二階思維開放大系統的課題；最後是決策諮詢高階思維開放巨系統。
錢學森是華人體科學的倡導者。
錢學森提出用“人體功能態”理論來描述人體這一開放的複雜巨系統，研究系統的結構、功能和行為。他認為氣功、特異功能是一種功能態，這樣就把氣功、特異功能、中醫系統理論的研究置於先進的科學框架之內，對氣功、特異功能的研究起了重大作用。在錢學森指導下，北京航天醫學工程研究所的研究人員於1984年開始對人體功能態進行研究，他們利用多維資料分析的方法，把對人體所測得的多項生理指標變數，綜合成可以代表人體整個系統的變化點，以及它在各變數組成的多維相空間中的位置，運動到相對穩定，即目標點、目標環的位置。他們發現了人體的醒覺、睡眠、警覺和氣功等功能態的各自的目標點和目標環。這樣，就把系統科學的理論在人體系統上體現出來了，開始使人體科學研究有了客觀指標和科學理論。
⑨科學技術體系與馬克思主義哲學
錢學森認為，馬克思主義哲學是人類對客觀世界認識的最高概括，也是現代科學技術(包括科學的社會科學)的最高概括，錢學森將當代科學技術發展狀況，歸納為十個緊密相聯的科學技術部門.