兩彈一星
1956年初，錢學森向中共中央、國務院提出《建立我國國防航空工業的意見書》。同時，錢學森組建中國第一個火箭、導彈研究所——國防部第五研究院並擔任首任院長。他主持完成了“噴氣和火箭技術的建立”規劃，參與了近程導彈、中近程導彈和中國第一顆人造地球衛星的研製，直接領導了用中近程導彈運載原子彈“兩彈結合”試驗，參與制定了中國近程導彈運載原子彈“兩彈結合”試驗，參與制定了中國第一個星際航空的發展規劃，發展建立了工程控制論和系統學等。在錢學森的努力帶領下，1964年10月16日中國第一顆原子彈爆炸成功，1967年6月17日中國第一顆氫彈空爆試驗成功，1970年4月24日中國第一顆人造衛星發射成功。
應用力學
錢學森在力學的許多領域都做過開創性工作。他在空氣動力學方面取得很多研究成果，最突出的是提出了跨聲速流動相似律，並與卡門一起,最早提出高超聲速流的概念，爲飛機在早期克服熱障、聲障，提供了理論依據， 爲空氣動力學的發展奠定了重要的理論基礎。高亞聲速飛機設計中採用的公式是以卡門和錢學森名字命名的卡門-錢學森公式。此外，錢學森和卡門在30年代末還共 同提出了球殼和圓柱殼的新的非線性失穩理論。
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—錢近似”方程。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。
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，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。1984年錢學森向苟清泉建議，把物理力學擴展到原子分子設計的工程技術上。
航天與噴氣
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年研究了跨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爲第一級運載工具。 [40]
工程控制論
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爲主要研究對象。錢學森本人就是這類研究工作的先驅者。
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。
其他
錢學森對系統工程、人體科學、思維科學等方面也有一定的研究。
1957年，獲得中國科學院自然科學一等獎。
1979年，錢學森的母校加州理工學院授予他“傑出校友”的稱號。1986年6月南加州華人科學家工程師協會給他授獎。1989年國際技術與技術交流大會在紐約給他授獎，他都沒有去。
1991年10月，國務院、中央軍委授予錢學森“國家傑出貢獻科學家”榮譽稱號和一級英雄模範獎章。
1995年5月，經中宣部批准及錢學森本人同意，西安交通大學將圖書館命名爲錢學森圖書館，時任國家主席江澤民同志爲之題寫了館名，這是中國第一所以在世科學家名字命名的圖書館，也是中國唯一一所經錢學森本人同意以錢學森命名的圖書館。該圖書館定位於科研教學的資源共享與錢學森事蹟，文物展示於一體，並設置錢學森特色數據庫。
1996年，錢學森在錢學森圖書館揭幕典禮上的書面發言中，深有感慨地說：從一定意義上講，沒有圖書館和資料館，就沒有今天的錢學森。
1999年，中共中央國務院、中央軍委決定，授予錢學森“兩彈一星功勳獎章”。
2001年，獲霍英東獎金委員會頒發的第二屆“霍英東傑出獎”（中國地區）。經國際小行星中心和國際小行星命名委員會審議批准，將中國科學院紫金山天文臺發現的國際編號爲3763號小行星，正式命名爲“錢學森星”。
2006年，榮獲“中國航天事業50年最高榮譽獎”。2007年，榮獲“感動中國年度人物”。
2008年01月19日，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席胡錦濤來到錢學森家中，親切看望這位爲中國科技事業作出傑出貢獻的科學家，代表黨中央向他表示衷心的祝福。2009年08月06日，國家總理溫家寶看望了錢學森。
2009年3月28日，他被授予“世界因你而美麗——2008影響世界華人大獎”之“終身成就最高榮譽大獎”。中共中央組織部決定雷鋒、焦裕祿、王進喜、史來賀和錢學森這五位作爲解放50年來在羣衆中享有崇高威望的共產黨員的優秀代表。
2009年11月13日，第二屆中國綠色發展高層論壇授予錢學森“中國綠色貢獻終身成就獎”。
錢學森在20世紀40年代就已經成爲航空航天領域內最爲傑出的代表人物之一，成爲二十世紀衆多學科領域的科學羣星中極少數的巨星之一；錢學森也是爲新中國的成長做出無可估量貢獻的老一輩科學家團體之中，影響最大、功勳最爲卓著的傑出代表人物，是新中國愛國留學歸國人員中最具代表性的國家建設者，是新中國歷史上偉大的人民科學家。
錢學森一生默默治學，但無論在什麼時代，什麼地方，他所選擇的，既是一個科學家的最高職責，也是一個炎黃子孫的最高使命。他一生的經歷和成就，在中國的國家史、華人的民族史和人類的世界史上，同時留下了耀眼的光芒，照亮了來路。作爲中國航天事業的先行人，他不僅是知識的寶藏、科學的旗幟，而且是民族的脊樑、全球華人的典範，他向世界展示了華人的風采。
毛澤東評價：美國人把錢學森當成5個師，在我看來，對我們說來錢學森比5個師的力量大多啦。
美國海軍次長丹金布爾評價：無論在哪裏，錢學森都值五個師。
導師馮·卡門評價： 我們的朋友錢學森，是1945年我向美國空軍科學顧問組推薦的專家之一。他是當時美國處於領導地位的第一流火箭專家，後來成了世界聞名的新聞人物。錢學森作爲加州理工學院火箭小組的元老，曾在二次大戰期間對美國火箭研究作出重大貢獻。他是一個無可置疑的天才，他的工作大大促進了高速空氣動力學和噴氣推進科學的發展。他的這種天資是我不常遇到的。我發現他非常富有想象力，他具有天賦的數學才智。人們都這樣說，似乎是我發現了錢學森，其實，是錢學森發現了我。
美國火箭專家克拉克評價：中共的歸國學人當中，無人重要性能出錢學森其右。
美國麻省理工學院史蒂夫評價：錢學森在美國的成績很好，但不足以令人折服。他對中華人民共和國的貢獻才真正了不起。
合衆國際社記者羅伯特·克萊伯評價：正是因爲有了錢學森，中國纔在1970年成功地發射第一顆人造衛星。由他負責研究的火箭，正使中國成爲同蘇聯、美國一樣能把核彈頭髮射到世界上任何一個地方的國家。
感動中國組委會授予錢學森的頒獎詞：在他心裏，國爲重，家爲輕，科學最重，名利最輕。五年歸國路，十年兩彈成。開創祖國航天，他是先行人，劈荊斬棘，把智慧鍛造成階梯，留給後來的攀登者。他是知識的寶藏，是科學的旗幟，是中華民族知識分子的典範。
感動中國推選委員閻肅，對錢學森這樣評價：大千世界、浩瀚長空，全納入赤子心胸。驚世兩彈、沖霄一星，盡凝鑄中華豪情，霜鬢不墜青雲志。壽至期頤回首望去，只付默默一笑中。
感動中國推選委員杜玉波，對錢學森這樣評價：輾轉回國，錢學森展現了中國科學家的硬勁；力學、噴氣推進、航天技術，錢學森展現了一位科學家在研究上的牛勁；東方紅衛星、神舟飛船、嫦娥奔月，錢學森給中國航天事業打了足夠的底勁。今天，這位中國航天之父所開拓的事業正闊步向前，幹勁十足。
感動中國推選委員陳章良，對錢學森這樣評價：他不僅以自己嚴謹和勤奮的科學態度在航天領域爲人類的進步做出卓越的貢獻，更以淡泊名利和率真的人生態度詮釋了一個科學家的人格本質。
