Физика и астрономия. Основные направления физических исследований: физика атомного ядра и космических лучей, прикладная ядерная физика, радиационная физика, физика твёрдого тела и полупроводников, металлофизика, электроника и автоматика. Исследования проводятся главным образом институтом ядерной физики, институтом физики высоких энергий АН Казахской ССР и кафедрами физики в вузах. Введены в эксплуатацию реактор ВВР-К с горячими камерами, радиационно-химический корпус и криогенный цех, циклотрон У-150-2К. Разработаны призменные масс-спектрометры и бета-спектрометр с двойной фокусировкой электронного пучка. В области физики высоких энергий исследован характер углового и импульсного распределения частиц, генерированных космическими лучами, с энергией более 5·1011 эв . В области физики твёрдого тела исследовался электронный спектр переходных металлов 2-й группы в связи с проблемами жаропрочности и электропроводности. В металлофизике изучаются аномалии свойств металлов. Успешными были работы по получению бескислородной меди. В развитие физических исследований внесли большой вклад Л. А. Вулис, В. М. Кельман, М. И. Корсунский, Г. Д. Латышев, Л. М. Неменов, Ж. С. Такибаев, В. В. Чердынцев и др.
Основные направления астрономических исследований — атмосферная оптика, физика Солнца и тел Солнечной системы, физика межзвёздной среды, космогония и космология. Работы проводятся в Астрофизическом институте Академии наук Казахской ССР . Основатель института — академик В. Г. Фесенков. Большие работы были проведены действительным членом АН Казахской ССР Г. А. Тиховым в области астроботаники.
Энергетика. Проблемы энергетики разрабатываются в Казахском научно-исследовательском институте энергетики (КазНИИЭ), институте механизации и электрификации сельского хозяйства, на кафедрах вузов и в проектных институтах. КазНИИЭ составлены общие топливный, водно- и ветроэнергетический кадастры К. Проведены работы по оптимизации топливно-энергетического баланса, развитию электроэнергетических и водохозяйственных систем, по теории регулирования речного стока при комплексном его использовании. Осуществлены предпроектные исследования по трассе канала Иртыш — Караганда и на р. Или. Разработаны циклонные энерготехнологические процессы. В области энергетики К. известны труды Т. И. Батурова, Р. Ж. Жулаева, В. П. Захарова, А. Б. Резнякова, Ш. Ч. Чокина, В. В. Фаворского и др.
География. Основные направления: физическая география (гляциология, климатология, гидрология, лимнология, изучение селевых явлений) и экономическая география. Исследования сосредоточены в Секторе географии АН Казахской ССР, КазНИГМИ, Казахском университете им. С. М. Кирова. Составлена геоморфологическая карта горных областей юго-восточного К. с фундаментальной пояснительной запиской, обобщены основные сведения по физической и экономической географии К. Изучен режим и баланс массы ледников, проведена каталогизация ледников высокогорных районов К. Исследуются эрозионно-селевая деятельность и лавинная опасность в горах К. Дана всесторонняя характеристика климата, циркуляции атмосферы и синоптических процессов над территории К. Изданы комплексные географические атласы ряда областей республики: Целинного края (1964), Карагандинской области (1969) и др. Большой вклад в развитие географические науки в К. внесли Г. А. Авсюк, К. Б. Ахмедова, Н. Н. Баранский, И. П. Герасимов, Е. Н. Гладышева, М. А. Глазовская, А. А. Григорьев, К. Г. Макаревич, О. Р. Назаревский, Н. Н. Пальгов, М. И. Семенова, Г. А. Токмагамбетов, А. С. Утешев, П. А. Черкасов и др.
Геология и гидрогеология. Основные направления: региональная геология, стратиграфия, магматизм, палеонтология, геология рудных и нерудных полезных ископаемых, угля, нефти, газа, геофизика, геоморфология, четвертичная геология, гидрогеология. Исследования сосредоточены в институте геологических наук им. К. И. Сатпаева, Казахском институте минерального сырья, институте геологии и геофизики (г. Гурьев), Казахском филиале Всесоюзного института разведочной геофизики и в территориальных управлениях министерства геологии Казахской ССР.
Основные итоги регионального изучения К. отражены на мелко- и среднемасштабных геологических картах и картах полезных ископаемых. Разработаны унифицированные стратиграфические схемы для всех регионов республики, обоснованные палеонтологическими исследованиями и определениями абсолютного возраста пород. Выполнены комплексные геолого-металлогенического исследования в Б. Джезказгане, Рудном Алтае, Мугоджарах, Каратау, Тургайском прогибе, а также на многих месторождениях чёрных, цветных, благородных и редких металлов, нефти, угля и других видов минерального сырья. Большие работы проведены по комплексному изучению фосфоритов, борно-калийных солей, бокситов, вермикулита, асбеста, отходов горнодобывающих предприятий и др. для использования в различных отраслях народного хозяйства. Выполнены крупные исследования по магматизму, минералогии, геохимии, литологии, теории рудообразования. На основании региональных работ, изучения рудных районов, успехов в разработке теории рудообразования и научных основ прогнозирования.
Произведено глубинное сейсмическое зондирование по профилю Балхаш — Темиртау — Петропавловск, в Джезказган-Сарысуйской впадине, Мугоджарах и др. районах. Расширяются работы по усовершенствованию геохимических и геофизических методов, созданию новой геофизической аппаратуры и технических средств разведки полезных ископаемых, а также по внедрению результатов исследований в производство. Заслуги геологов несколько раз отмечены Ленинской премией, в том числе за металлогенические и прогнозные исследования полезных ископаемых, за открытия Тишинского месторождения на Рудном Алтае (1963) и нефтяных месторождений на Мангышлаке (1966).
Исследования по гидрогеологии сосредоточены в институте гидрогеологии и гидрофизики АН Казахской ССР, работающем в содружестве с производственными организациями. Выполнены работы по изучению подземных вод К., определению их гидродинамики, гидрохимии, режима, ресурсов, закономерностей формирования и практического использования. Составлены прогнозная карта артезианских бассейнов, гидрогеологические и гидрогеохимические карты К., карты подземных вод пастбищных территорий. Определены общие региональные ресурсы рек, термальных и минеральных вод К. и возможности их использования. Изучены пространственное распределение и источники тепла в верхней части земной коры. Развитие геологической науки в К. связано с именами И. Я. Аврова, Ж. А. Айталиева, У. М. Ахмедсафина, В. Ф. Безрукова, А. А. Богданова, И. И. Бока, Р. А. Борукаева, Н. Л. Бубличенко, Ш. Е. Есенова, Д. Н. Казанли, Г. Л. Кушева, Г. Ц. Медоева, В. П. Нехорошева, М. П. Русакова, К. И. Сатпаева, Н. С. Шатского, Г. Н. Щербы, Е. Д. Шлыгина.
Горное дело. Основные направления: рациональные методы открытой и подземной разработки рудных месторождений, научные основы механизации и автоматизации подземных горных работ, закономерности сдвижения горных пород и горного давления, новые способы разрушения горных пород, разработка методов оздоровления рудничной атмосферы. Исследования сосредоточены в институте горного дела АН Казахской ССР, специальных вузах, ВНИИЦветмете (г. Усть-Каменогорск), Карагандинском научно-исследовательском угольном институте, Гипроуглегормаше (г. Караганда). Исследования направлены на повышение производительности труда горнорабочих, снижение потерь и разубоживание руды, повышение безопасности горных работ, Внедрены в производство система принудительного блокового обрушения (Ленинская премия, 1961), новая технология подземной добычи руды с применением самоходного оборудования, новые перфораторы с независимым поворотом бура; проведён ряд исследований по закладке выработанного пространства, проветриванию горных выработок, оптимизации производств, процессов. В области горного дела существенны работы О. А. Байконурова, В. Г. Березы, А. В. Бричкина, В. В. Гурбы, Д. А. Кунаева, И. З. Лысенко, Н. В. Мельникова, А. Ч. Мусина, А. С. Попова, А. С. Сагинова и др.
