Головним науковим осередком республіки була Всеукраїнська академія наук (ВУАН), заснована у 1918 р. До 1921 р. ВУАН очолював В. Вернадський, у 1922-1928 рр. - видатний природознавець В. Липський, а в 1928-1930 рр. - академік Д. Заболотний.
В Академії розгорнулася робота над словником української мови, згодом було утворено інститут української мови для розробки термінології в різних галузях науки.
У галузі історичної науки працювали відомі вже вчені Д. І. Яворницький, А. Ю. Кримський, Д. І. Багалій, з 1924 р. повернувся з еміграції М. Грушевський, перу якого належить більше тисячі наукових праць.
Значних успіхів українські вчені досягли в галузі фізики і математики. Д. Граве, М. Крилів та М. Боголюбов заклали підвалини нелінійної механіки. Розробками з теорії фізики займався харківський Український фізико-технічний інститут, в якому певний час працював І. В. Курчатов. У 1932 р. тут вперше в СРСР було штучно розщеплене ядро атома.
Талановитий винахідник Ю. В. Кондратюк проводив дослідження з теорії космічних польотів. У 1929 р. за ініціативою Є. О. Патона було засновано електрозварювальну лабораторію, в 1932 р. реорганізовану в Інститут електрозварювання ВУАН. Вперше у світовій практиці автоматичне зварювання металу застосували на будівництві Дніпрогесу та Магнітки.
У галузі охорони здоров'я працювали Д. К. Заболотний, М. Ф. Гамалія, Ф. Г. Яновський, М. Д. Стражеско, В. Я. Данилевсь-кий, П. М. Буйко, П. І. Баранник, В. П. Комісаренко.
Фахівці з генетики та селекції рослин і тварин А. О. Сапєгін, В. Я. Юр'єв, М. Г. Холодний виводили нові сорти пшениці, ячменю, кукурудзи, вівса, впроваджували в сільське господарство науково обґрунтовані сівозміни.
Успіхи українських вчених були б значнішими, якби не репресії, яких вони зазнають з початку 30-х років. Після припинення українізації в грудні 1932 року майже всі мовознавчі праці (в тому числі правопис 1928 р.) в Україні були визнані "націоналістичними" і вилучені з наукового вжитку.
20-ті рр. відзначалися пожвавленням національного релігійного життя. На шляху його, однак, постійно виникали політичні перешкоди. Передумовою діяльності релігійних організацій став декрет уряду радянської України "Про відокремлення церкви від держави та школи від церкви" (1919 р.). Держава офіційно надавала рівні можливості для діяльності різних релігійних напрямів. Користуючись цим, прихильники незалежності православної церкви від російської на Всеукраїнському церковному соборі в Києві (жовтень, 1921) проголосили створення Української автокефальної (самоврядної) православної церкви УАПЦ (першим єпископом став В. Липківський). Більшість віруючих в УАПЦ приводило бажання слухати службу Божу та молитися рідною мовою. У 2-й половині 20-х років починаються репресії стосовно керівництва цієї церкви, що були оголошені "петлюрівцями в рясах".
Образотворче мистецтво 20-початку 30-х рр. також відзначалося наявністю великої кількості напрямів, шкіл та угруповань. У цей час створюються художні угруповання: Асоціація революційного мистецтва (АРМУ), Товариство художників імені К. Костанді в Одесі, Асоціація художників Червоної України (АХЧУ), Об'єднання сучасних митців України. Працюють такі визначні майстри, як М.Бурачек, І.Іжакевич, Ф.Кричевський, М.Самокиш, Г. Світлицький, К.Трохименко, О.Шовкуненко, М.Бойчук, І.Падалка, В. Седляр, П.Волокидін, І.Труш, О.Новаківський тощо.
У цей час розвивається скульптура. Було створено пам'ятники Т.Шевченку у Москві (1918, С.Волнухін), Петрограді (1918, Я.Тільберг), Ромнах (І.Кавалерідзе), Одесі, Катеринославі, Чернігові. Величний монумент поету-гуманісту і філософу Г.Сковороді у 1922 р. зведено у Лохвиці на Полтавщині (І.Кавалерідзе).
На розвитку театрального мистецтва 20—30-х років також позначився процес українізації, що трагічно закінчився "розстріляним відродженням".
Новим етапом у розвитку українського театру став 1918 р. У Києві утворилися три театри: Державний драматичний, Державний народний і "Молодий театр". Державний драматичний театр очолювали Олександр Загаров і В. Кривецький, виховані на традиціях Костянтина Станіславського і Володимира Немировича-Данченка.
Державний народний театр очолював Панас Саксаганський. До складу трупи увійшли Марія Заньковецька, Любов Ліницька, Дарія Шевченко. Репертуар складався з побутової, історичної й класичної тематики.
У 1922 р. діячі "Молодого театру" створюють у Києві творче мистецьке об'єднання — модерний український театр "Березіль", що існував до 1926р. Очолює цей театр Лесь Курбас, видатний режисер-реформатор українського театру.
У 1926—1933 рр. театр "Березіль" працює в Харкові. До його складу входять митці Мар'ян Крушельницький, Амвросій Бучма, Наталія Ужвій, Іван Мар'яненко, Йосип Гірняк, Валентина Чистякова, Надія Титаренко, О.Добровольська.
У 1934 р. театр "Березіль" перейменовано в театр ім.Т.Г.Шевченка. Доля Леся Курбаса, Миколи Куліша, як і багатьох представників творчої інтелігенції України, склалася трагічно. Вони були репресовані й розстріляні 1937 р. у Соловецькому таборі особливого призначення.
У цей період значного розвитку набуває український кінематограф. Величезний вклад у розвиток кінематографу здійснив Олександр Довженко такими фільмами, як "Звенигора", "Арсенал", "Земля".