改革開放前 20 年時期（1977—1997 年）：科技體制改革的先鋒
改革開放初期的先鋒隊
1977 年之後，中國進入恢復發展和改革探索階段。在改革開放初期，中國科學院在許多方面充當了科技體制改革先鋒的角色，開創若干個“第一”。中國科學院于 1977 年率先恢復了研究生制度（中國科學院 1955 年開始招收研究生，是全國最早開始研究生招生的單位），籌建中國科學技術大學研究生院；恢複學術委員會制度；恢復科技人員的技術職稱晉陞制度。1979 年，啟動大中型試驗裝置的研製工程。1980 年，中國科學院物理研究所科研人員陳春先率先民辦實業機構，開拓了科技開髮型民辦企業發展的道路，帶動了“中關村電子一條街”的“騰飛”。1988年 5 月10日，經國務院批准，我國第一個國家級高新技術産業開發區——北京新技術産業開發試驗區在“中關村電子一條街”的基礎上誕生。1982 年，設立中國科學院科學基金，到 1986 年共資助 4 424 項課題，資助總額 1．72 億元，其中大部分資助用於高等院校（佔 74．8％），促進了高校科研的發展。中國科學院科學基金對基礎研究管理體制的改革進行了探索，為國家自然科學基金委員會的成立和運作奠定了基礎。1983 年，中國科學院在全國首次授予博士學位；1984 年，率先試行博士後制度。1985 年，中國科學院與深圳市合資興辦了我國第一個以扶植高技術、外向型企業為目標的科技工業園——深圳科技工業園。1985 年，中國科學院所屬研究所實行所長負責制，率先建立開放實驗室；1986 年，建立第一個國家重點實驗室。
對外開放的先行者
在改革開放之前的幾年，隨著中國在聯合國合法席位的恢復（1971 年），1972 年時任美國總統尼克松訪華，中國與美國以及其他國家的科技交流開始大幅增加，美國科學家開始組團訪華，大批美籍華人科學家訪華，促進了中美科技交流與合作。中國科學院也開始派出科學代表團訪美。1978 年全國科學大會之後，中國科學院外事工作解放思想，院領導親自參加和領導外事工作，每年派出十幾個由院領導率領的考察團，赴日、美、英、法等發達國家以及其他國家訪問，了解國外科技發展動態和經驗。中國科學院數學研究所楊樂、張廣厚于 1978 年 4 月4 日赴瑞士參加國際分析會議並順訪英國，這是“文革”後我國科學家首次以個人身份赴西方國家參加學術交流。1979 年中美建交，鄧小平訪美簽署了中美兩國政府間科技協定，中國科學院與美國的科學合作出現了活躍局面。
作為中美兩國政府間科技合作協議之下中美高能物理合作的一個豐碩成果，北京正負電子對撞機于 1988 年建成，在同類裝置中達到國際先進水準。1988 年 10 月 24 日，鄧小平同志在北京正負電子對撞機實現對撞後視察現場時，發表講話：“中國必鬚髮展自己的高技術，在世界上高科技領域佔有一席之地。如果 60 年代中國沒有原子彈、氫彈，沒有發射衛星，中國就不能叫有重要影響的大國，就沒有現在這樣的國際地位。……現在世界的發展，特別是高科技領域的發展一日千里，中國不能安於落後，必須一開始就參與這個領域的發展。搞這個工程就是這個意思。”
在多邊交流中，中國科學院與聯合國系統許多專門機構都建立聯繫，並承擔了一些國際合作研究計劃在我國的牽頭任務，如全球氣候變化的國際研究計劃——世界氣候研究計劃（WCRP）、國際地圈生物圈計劃（IGBP）等，促進中國科學進入全球變化的國際前沿。
積極全面探索改革之路（1981—1997 年）
1981 年 1月29 日，中國科學院黨組向中共中央書記處彙報了《關於中國科學院工作的彙報提綱》，提出了一系列改革措施。中央同意這一文件，並於 3月6日批轉了這一文件。據此，中國科學院于 1981 年 5 月頒布了《中國科學院試行章程》。
1982 年，中共中央和國務院提出“經濟建設要依靠科學技術，科學技術要面向經濟建設”的方針，科技工作向服務經濟建設轉型。1985 年，中共中央、國務院發佈《關於科技體制改革的決定》，明確體制改革的目的是“使科學技術成果迅速地廣泛地應用於生産，使科學技術人員的作用得到充分發揮，大大解放科學技術生産力，促進科技和社會的發展”。
相對於國家戰略方針轉變，我國經濟發展與科技體制存在著“兩張皮”現象。當時，我國經濟發展的基礎薄弱，經濟發展和經濟體制改革處於困難時期，市場化剛剛起步，缺少市場需求對科技發展的拉動能力；而科技發展如何面向經濟建設，也是一個新的課題，沒有經驗可以借鑒。
為適應面向國家經濟發展的要求，中國科學院從思想上、項目安排上和管理上進行了多方面的探索。加強“面向經濟建設”的工作，積極參加多層次的國家經濟規劃的制定；加強橫向聯繫，促進研發面向生産；組織和參加國家科技攻關項目，解決國家行業生産中的關鍵技術問題；促進科研成果的推廣，成立科技開發公司。
經過幾年的改革實踐，中國科學院逐漸摸索出一條新的發展之路。在面向經濟建設的同時，基礎研究和高技術發展也引起重視。1986 年 3 月，面對國際上新的高技術競爭局面，王大珩、王淦昌、楊嘉墀和陳芳允 4 位中科院學部委員（院士）向中央提出“關於跟蹤研究外國戰略高技術的建議”。由此，國家設立了高技術研究發展計劃（“863”計劃）。1987 年，為深入推進科技體制改革，中國科學院提出了“把全院的主要科技力量投入國民經濟建設的主戰場，同時保持一支精幹力量從事基礎研究和高技術跟蹤”的新辦院方針，實行“一院兩種運作機制”（簡稱“一院兩制”）。時任中國科學院院長周光召指出，“一院兩制”提出的依據是研究工作與技術開發兩類工作的性質不同，特點和發展規律不同，價值觀也不同；因此，我們必鬚根據它們不同的特點和發展規律，採取不同的評價標準和方法，採取不同的運作機制、管理模式和管理體制，才能進一步推動這兩類不同工作的發展；經過一段時間的醞釀和研究，我們把這一基本想法歸納為“一院兩制”。1991 年研究制定的《中國科學院科技政策綱要》將辦院方針表述為：“把主要力量動員和組織到為國民經濟和社會發展服務的主戰場，同時保持一支精幹力量從事基礎研究和高技術創新。”
經過幾年的改革調整，中國科學院投入不同類型研究工作的人員比例已經起了相應變化，70％的力量投入到國民經濟建設的主戰場（其中，40％直接為生産中重大科技問題服務，30％ 從事資源、環境有關的研究），同時保持 30％ 的力量從事基礎研究和高技術跟蹤。這個 4：3：3 的比例同新的辦院方針相符。在後來的發展中，實施了一些新的舉措，特別是1994年實施的“百人計劃”，對中國科學院的高層次人才發展起到了重要的作用。
“一院兩制”的改革探索是中國科學院主動適應國家發展需求提出的改革措施，走在了全國科技界的前列。這一探索不僅樹立起改革意識，引導廣大科研人員投身於國家經濟建設和社會發展的主戰場，而且前瞻性地保持了基礎研究和高技術創新的戰略佈局，保持了中國科學院科學研究核心力量的可持續發展，為後來的發展奠定了基礎。但是，這一改革措施的缺點是過於強調經濟因素，對於社會等其他因素關注不夠，且與國家其他科技力量分工合作不明晰。客觀地説，這與當時國家經濟社會發展狀況有關，經濟市場化改革滯後，財力不足，對科學技術沒有力量充足的支援。在認識上，對科學技術支援經濟發展期望過高，而對科學技術在經濟社會發展中的重要性及國家支援科技發展的重要性認識不足。到 1995 年，科教興國戰略的提出，對科技和教育自身發展的認識才得到進一步的提高。