В Московском университете сложилась школа математики и механики, которую создали Н. Д. Брашман и А. Ю. Давидов, а позднее возглавил отец русской авиации Н. Е. Жуковский (1847-1921), ставший основоположником современной аэродинамики. Руководя с 1892 г. механическим кабинетом университета, Жуковский превратил его в научно-исследовательскую лабораторию главным образом проблем гидромеханики и аэродинамики.

Одним из крупнейших геометров XIX в. К. М. Петерсоном (1828-1881) в университете была основана дифференциально-геометрическая школа, видными представителями которой стали Б. К. Млодзеевский (1858-1923) и Д. Ф. Егоров (1869-1931).

Профессор А. Г. Столетов (1839-1896) явился одним из основателей современной электротехники. Преодолевая большие трудности, связанные с отсутствием помещения и необходимых средств, организовал физическую лабораторию (1872) и создал школу физиков-экспериментаторов, из которой вышел выдающийся физик П. Н. Лебедев.

Уникальные астрономические исследования вели в университетской обсерватории глава русской астрофизической школы Ф. А. Бредихин (1831-1904) и В. К. Цераский. Бредихин был одним из основателей русской астрофизики, с 1886 по 1890 г. являлся президентом Общества испытателей природы.

Теорию химического строения продолжали развивать ученики А. М. Бутлерова — В. В. Марковников (1838-1904) и А. М. Зайцев (1841-1910). Марковников с начала 80-х гг. занимался исследованием кавказской нефти, открыл нефтены, содействовал развитию отечественной химической промышленности. Зайцев явился создателем научной школы органической химии.

Московский университет стал признанным центром разработки проблем эволюционной зоологии, которую развивали ученики и последователи К. Ф. Рулье — А. П. Богданов (1839-1896), Я. А. Борзенков, С. А. Усов и Н. А. Северцов (1827-1885). Богданов один из первых русских дарвинистов был деятельным организатором первых научных учреждений по изучению антропологии и популяризатором научных знаний. Много сделал он и для развития Зоологического музея Московского университета, директором которого он состоял. Ему принадлежат крупные заслуги в развитии антропологической науки. Выдающийся учёный Северцов заложил основы зоогеографии России, совершил имевшие большое значение для науки путешествия в Среднюю Азию и на Памир.

М. А. Мензбир (1855-1935) создал выдающиеся труды в области орнитологии, зоогеографии, сравнительной анатомии, вёл исследования с позиций дарвинизма.

К. А. Тимирязевым (1843-1920) была создана научная физиология растений.

Видную роль в развитии естественных наук играл медицинский факультет университета. Большие заслуги в развитии терапии принадлежат воспитаннику университета профессору Г. А. Захарьину (1829-1897). Захарьин разработал новые методы диагностики и лечения заболеваний, вошедшие в современную терапию. По его инициативе было проведено разделение клинических дисциплин на самостоятельные предметы преподавания, организованы первые самостоятельные клиники: детских болезней, кожно-венерологические и гинекологические, болезней уха, горла и носа. Захарьин непосредственно занимался лечением Александра III. К сожалению, консервативные политические взгляды Захарьина привели к конфликтам с демократически настроенными студенчеством и профессурой. В 1896 г. Захарьин ушёл из Московского университета.

Крупным учёным был А. И. Бабухин (1835-1891), изучавший вопросы физиологии. В частности, он исследовал явления животного электричества. Бабухин создал в университете лабораторию гистологии (науки о тканях человека и животных), пропагандировал принцип непосредственного изучения природы. В последние десятилетия XIX в. особенно развилась научная работа в университетских клиниках, которыми руководили выдающиеся учёные — гинеколог В. Ф. Снегирёв, терапевт А. А. Остроумов, невропатолог А. Я. Кожевников, детский врач Н. Ф. Филатов, хирург Н. В. Склифософский, психиатр С. С. Корсаков.

Корсаков (1854-1900) до настоящего времени считается реформатором в лечебно-профилактическом деле в России, благодаря проведению принципа освобождения больных от стеснения. На кафедре гигиены, учреждённой в 1882 г., работал профессор Ф. Ф. Эрисман, который исследовал условия быта рабочих в России. Эрисман явился основателем русской гигиенической школы. Прогрессивные взгляды Эрисмана вызвали преследования его со стороны ретроградов. В 1888 г. приват-доцентом Московского университета стал великий русский учёный-материалист «отец русской физиологии» И. М. Сеченов (1829-1905). Работы Сеченова в области физиологии головного мозга человека и, в первую очередь, его знаменитая книга «Рефлексы головного мозга», оказали огромное влияние на развитие материалистической физиологии.

Для развития естественных наук в Московском университете большое значение имела деятельность выдающегося русского учёного, создателя эволюционной палеонтологии В. О. Ковалевского (1842-1883), который в 1880-1883 гг. работал в университете. Ковалевский был убеждённым сторонником дарвинизма и создал ряд выдающихся исследований, положивших основу эволюционной палеонтологии (науки об истории органического мира).

Выдающихся успехов достигла в Петербургском университете крупнейшая математическая школа во главе с П. Л. Чебышевым, наиболее видными представителями которой тогда были A. Н. Коркин, А. А. Марков, Г. Ф. Вороной, А. М. Ляпунов, B. А. Стеклов и Д. А. Граве. Основные труды Коркин посвятил теории интегрирования уравнений с частными производными и теории чисел. Марков стал автором исследований в области теории вероятностей, теории чисел и математического анализа. Вороной важные открытия сделал в области геометрии многогранников и теории чисел. Ляпунов получил мировую известность своими трудами в области дифференциальных уравнений, устойчивости движения и теории вероятностей. Основное направление работ Стеклова было связано с применением математических методов в естествознании. Он оставил свои фундаментальные труды потомкам по математическому анализу, теории упругости, истории математики. Граве со временем создал первую крупную отечественную (в Киеве) алгебраическую школу. Многое сделал в области прикладной математики и механики.

Особо следует сказать о талантливом математике С. В. Ковалевской. Она была первой в мире женщиной, ставшей профессором, членом-корреспондентом Петербургской академии наук (1889). Основные труды её были посвящены математическому анализу, механике и астрономии. Выступала также как и писательница. К сожалению, почти всю свою творческую жизнь она вынуждена была провести за границей. Докторская защита её состоялась в Гейдельберге, и профессорство она получила не в отечественном, а в шведском — Стокгольмском университете. Да и награды за свои выдающиеся труды присуждались французской и шведской академиями.

В. В. Докучаев разработал основы учения о почве, изложив их в 1883 г. в своём труде «Русский чернозём», создал учение о географических зонах. Дал научную классификацию почв (1886). В 1889 г. на Всемирной выставке в Париже коллекция русских почв, а также труды Докучаева были удостоены золотой медали. В книге «Наши степи прежде и теперь» (1892) учёный изложил комплекс мер борьбы с засухой. Идеи Докучаева оказали влияние на развитие физической географии, лесоведения, мелиорации и др.