錢學森本人的研究成果，即《工程控製論》，是世界工程控製論的開創之一。近代力學的發展對我國航天等尖端技術與經濟建設起到了重要的推動作用。
錢學森教授認為，力學是技術科學中的理論部分，力學的內容除傳統的固體力學、流體力學，還應該包括化學流體力學、磁流體力學、物理力學以以及自動控製理論、核能利用、工程經濟、運輸理論等。
在開展科學研究格局上，錢學森教授主張，要分成3個層次來解決問題。這3個層次，就是中國科學院的研究所、工業部的研究所和企業的研究所。他認為，科學院的研究所，應該解決帶有方向性、共同性的問題，其最大的任務是在領導科學技術的發展中，要徹底了解工程技術的世界水平，提出未來10年、15年的發展方向，這也許是列在工程技術的深入發展和前進，也許是探索出一個完全嶄新的方向。他還認為，科學研究和工業教育，應該走在工業的前麵，給工業指導方向，而不是等工業上有了什麼問題，你才被動地去解決。
錢學森教授在組建力學所時，還有一個重要的指導思想，就是特別強調科學與實際的結合。他說，任何科學研究必須和實際結合。挑選題目時應和國家工業推進的方向相適應，要注意生產過程中發生什麼問題，我們要耐心地考慮，並從裏麵發現共同之點，解決這一問題，就可以解決類似的若幹問題。
中國自然科學領導者
錢學森共發表專著7部，論文300餘篇。主要貢獻表現在以下幾方麵：
一是應用力學方麵。錢學森在應用力學的空氣動力學方麵和固體力學方麵都做過開拓性的工作。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——錢學森方法。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。
二是噴氣推進與航天技術方麵。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幹重要的概念：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年研究了行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為第一級運載工具，用一架裝有火箭發動機的飛機作為第二級運載工具的天地往返運輸係統概念。
三是工程控製論方麵。工程控製論在其形成過程中，把設計穩定與製導係統這類工程技術實踐作為主要研究對象。錢學森本人就是這類研究工作的先驅者。
四是物理力學方麵。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，主張從物質的微觀規律確定其宏觀力學特性，改變過去隻靠實驗測定力學性質的方法，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。現在這門科學的帶頭人是苟清泉教授。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。
五是係統工程方麵。錢學森不僅將我國航天係統工程的實踐提煉成航天係統工程理論，並且在80年代初期提出國民經濟建設總體設計部的概念，還堅持致力於將航天係統工程概念推廣應用到整個國家和國民經濟建設，並從社會形態和開放複雜巨係統的高度，論述了社會係統。任何一個社會的社會形態都有三個側麵：經濟的社會形態，政治的社會形態和意識的社會形態。錢學森從而提出把社會係統劃分為社會經濟係統、社會政治係統和社會意識係統三個組成部分。
相應於三種社會形態應有三種文明建設，即物質文明建設(經濟形態)、政治文明建設(政治形態)和精神文明建設(意識形態)。社會主義文明建設應是這三種文明建設的協調發展。從實踐角度來看，保證這三種文明建設協調發展的就是社會係統工程。從改革和開放的現實來看，不僅需要經濟係統工程，更需要社會係統工程。
六是係統科學方麵。錢學森對係統科學最重要的貢獻，是他發展了係統學和開放的複雜巨係統的方法論。
七是思維科學方麵。人工智能已成為國際上的一大熱門，但學術思想卻處於混亂狀態。在這樣的背景下，錢學森站在科技發展的前沿，提出創建思維科學這一科學技術部門，把30年代中國哲學界曾議論過，有所爭論，但在當時條件下沒法講清楚的主張，科學地概括成為思維科學。
錢學森在80年代初提出創建思維科學技術部門，認為思維科學是處理意識與大腦、精神與物質、主觀與客觀的科學，是現代科學技術的一個大部門。推動思維科學研究的是計算機技術革命的需要。