控制科学
在控制科学领域，1954年，钱学森发表《工程控制论》，引起了控制领域的轰动，并形成了控制科学在上世纪50年代和60年代的研究高潮。1957年，《工程控制论》获得中国科学院自然科学奖一等奖。同年9月，国际自动控制联合会(IFAC)成立大会推举钱学森为第一届IFAC理事会常务理事，他成为了该组织第一届理事会中唯一的中国人。
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应用力学
钱学森在应用力学的空气动力学方面和固体力学方面都做过开拓性的工作;与冯·卡门合作进行的可压缩边界层的研究，揭示了这一领域的一些温度变化情况，创立了“卡门—钱近似”方程。与郭永怀合作最早在跨声速流动问题中引入上下临界马赫数的概念。
航天与喷气
从40年代到60年代初期，钱学森在火箭与航天领域提出了若干重要的概念：在40年代提出并实现了火箭助推起飞装置(JATO)，使飞机跑道距离缩短;在1949年提出了火箭旅客飞机概念和关于核火箭的设想;在1953年研究了跨星际飞行理论的可能性;在1962年出版的《星际航行概论》中，提出了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具。
工程控制论
工程控制论在其形成过程中，把设计稳定与制导系统这类工程技术实践作为主要研究对象。钱学森本人就是这类研究工作的先驱者。
物理力学
钱学森在1946年将稀薄气体的物理、化学和力学特性结合起来的研究，是先驱性的工作。1953年，他正式提出物理力学概念，大大节约了人力物力，并开拓了高温高压的新领域。1961年他编著的《物理力学讲义》正式出版。1984年钱学森向苟清泉建议，把物理力学扩展到原子分子设计的工程技术上。
