У Харкові діє Північно-Східний науковий центр Національної академії наук України і Міністерства освіти і науки України, працюють науково-дослідні інститути НАН України — Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б. І. Вєркіна, Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова, Радіоастрономічний інститут, Інститут іоносфери НАН України та МОН України, Науково-технологічний комплекс «Інститут монокристалів», Інститут сцинтиляційних матеріалів, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного, Інститут проблем кріобіології і кріомедицини. Станом на кінець 2018 року у Харківській області виконанням наукових досліджень та розробок займалася 141 наукова організація.