一、美國基礎研究體系

美國基礎研究的成功主要歸功於其特有的研究體系。美國科研體系以靈活、多樣化的研究機構和學科門類、高強度的研究經費競爭機制以及科學家和工程師個人的獨立性和創造能力著稱。
美國基礎研究機構由大學、聯邦實驗室、產業及非盈利性機構組成。

1、大學系統

大學是美國開展基礎研究最重要的機構。大學系統的成功來自：1）支持大學研究人員個人而非其所屬機構的獨特經費分配機制；2）大學從事研究和培養研究生的雙重功能；3）經費獲得的競爭性機制；4）大學系統的靈活性和多樣性。
美國大學系統開展的研究工作96％主要集中在200所公共和私立大學。美國3600個高等教育機構全部研究經費支出的35％集中在25所大學。40多年來美國大學系統不斷擴張，但全部聯邦經費支持的78%集中在前100所大學。

2、聯邦實驗室系統

聯邦實驗室一直是美國基礎研究非常重要的組成部分，並在從衛生科學到核物理學的廣泛領域內取得了非常重要的科學發現及科技進展。
聯邦實驗室有不同的管理機制。一些實驗室直接由政府操作，如國立衛生研究院（NIH）、國立標準技術研究所（NIST）等。其它聯邦實驗室則由私營或非盈利實體（包括大學和其它非盈利機構）替政府管理，如LosAlamos實驗室、OakRidge實驗室和噴氣推進（JetPropulsion）實驗室。由聯邦政府建立的700個實驗室從事基儲應用和開發研究，並占據大量的科研預算。
國家實驗室的管理採取集中、自上而下的模式，通常缺乏外部的同行評議。國家實驗室在物理條件和人力資源上有雄厚的積累。通常國家實驗室從事的基礎研究比大學系統範圍更廣。
美國國立衛生研究院是世界醫學生物學研究中心，除了本身具有崇高的學術地位外，也是資助美國醫學生物學研究的主要聯邦機構。美國國立衛生研究院2000年實際獲得的經費達170億美元，其中101億用於基礎研究；2001年和2002年的預算分別為195億和220億美元，用於基礎研究的經費分別為115億和130億美元。

3、產業系統

產業界是美國R＆D的主要投資者，但對基礎研究的投入並不顯著。產業界進行基礎研究的目的是為其自身產品開發服務，通常是填補聯邦政府資助的研究與其產品開發所需知識間的空隙。
產業界用於基礎研究的經費因行業的不同而有很大區別。新興行業，如醫藥產業，高度依賴為開發新產品和工藝進行的長期基礎研究投資，而其它行業即使有基礎研究，投入也很少。
產業界開展的基礎研究與政府資助的基礎研究有很大區別。產業界的明確目標：獲得進一步技術開發所需的知識，推動新產品的開發。
近年來，越來越多的公司認識到資助大學基礎研究計劃和研究人員的好處。根據美國科學基金會的統計，2000年美國產業界對大學系統的基礎研究經費投入是1993年的1.7倍。增加的部分主要分布在醫學生物學領域。

4、非盈利機構

非盈利機構只占美國基礎研究的7％，但仍發揮了顯著作用。許多非盈利研究機構附屬於大學，維持與大學的正式聯繫但保持非研究功能的獨立性。明顯的例子包括附屬於麻省理工學院的Whitehead生物醫學研究所（WhiteheadInstituteforBiomedicalReseach）。
非盈利機構有時也替代占主導地位的大學系統成為吸引研究人員的基礎研究基地。值得注意的例子包括HowardhughesMedicalInstitute（HHMI）。HHMI為科學家提供慷慨、穩定的財務支持和良好的研究環境而成為求職熱門，被聘任的科學家不必花費實驗室以外的時間去費力申請課題經費。HHMI的實驗室位於全國各大學內，這些大學是HHMI的合作者，HHMI負責實驗室的運行及科學家和必要支撐人員的招聘。HHMI招聘的科學家任期一般為5－7年，任期有可能延續，但需通過標準十分嚴格的審查。相對大學科學家通過課題經費獲得聯邦政府或其他來源的資助，HHMI的科學家可獲得時間更長、更穩定的財務支持。

二、美國基礎研究經費來源

聯邦政府一直是美國基礎研究主要支持者。根據美國科學基金會的最新統計，1998年美國用於基礎研究的經費為379億美元，其中聯邦政府資助202億美元，占53.3%；來自產業界的經費為113億美元，占29.8%；大學系統資助32億美元，占8.4%；非盈利機構提供19億美元，占5.0%；其餘來自地方政府的經費為13億美元，占3.4%。
聯邦政府對基礎研究的實際支持強度在1980至1998年間以每年3.1%的速率增長；2001年及2002年美國聯邦政府預算中基礎研究經費分別為220億美元和233億美元。
就支持份額而言，聯邦政府機構中基礎研究的最大投資者為國立衛生研究院，2000年實際支持基礎研究101億美元，但其資助的領域主要為醫學生物學領域。其後依次為美國國家科學基金會、能源部、國家宇航局（NASA）和國防部，2000年實際資助額分別為25.4、22.6、21.4和11.3億美元。
就資助的學科範圍而言，國家科學基金會（NSF）是美國政府支持基礎研究的主要單位。NSF成立於1950年，為獨立的聯邦政府機構，不從屬於任何內閣部委。NSF支持科學、數學和工程科學的所有領域，並負責管理美國的南極研究項目，協調所有美國在南極洲進行的科技研究。幾乎所有NSF的課題經費都通過同行評議的競爭性機制授予研究人員。

三、美國基礎研究優先領域

美國依靠同行評議的競爭性機制保證基礎研究的高質量，認為研究者個人對科學研究的興趣和創造力是推動美國科技發展、維持科技競爭力的主要動力。因此有關聯邦機構都依賴由有成就的科學家組成的專家委員會制定各自優先研究領域，並特別注重對年青科學家的培養。
國立衛生研究院（NIH）是美國醫學生物學研究的主要資助單位，與國家科學基金會（NSF）有較默契的分工，後者除植物基因組計劃外，主要支持宏觀生物學研究；前者則涉及幾乎所有剩下的現代分子生物學領域。凡是與疾病治療有關的生物學基礎研究都是NIH資助的對象，NIH強調對疾病相關基礎研究的資助。
NIH有27個獨立的研究所和中心，大部分與基礎研究相關的研究所、中心都有自己的優先領域。總體而言NIH的優先領域大致有人類基因組計劃及之後的蛋白組學研究、腦科學研究等，可細分為：超分子結構與功能――超分子組裝的機構與組成，小細胞器的分析電子顯微鏡及相關技術；分子相互作用――大分子可逆相互作用的生物物理特性；利用超速離心和光傳感器分析蛋白――蛋白及有關相互作用；藥物釋放及其動力學――建立藥物釋放相關的生物化學、細胞學及生理學過程的模型及量化特徵（化學及細胞動力學、微透析、藥物輸注、聚合物移植、流體模型、數字化模擬）；成像過程與信息分析――開發顯微鏡、電泳、診斷成像算法和應用，分析大分子順序的信息內容；儀器研究與開發――生物傳感器，光譜學，激光技術，機械、電子和光學工程以及分析儀器等儀器和應用的開發；超微分析免疫化學――開發從生物樣品中提純、鑑定特定生物醫學成分。
國家科學基金會是聯邦政府支持基礎研究的負責單位，通過對人（People）；研究點子（Idea）和工具(Tool）的資助增進美國在科學、工程研究與教育方面的領導地位。
NSF每年處理3萬多份課題申請，日常管理的課題數每年為2萬多個。NSF通過課題、合同及合作協議等方式資助全國1800多個大學及其他科技機構。
在聯邦政府資助各學科領域的基礎研究經費中，NSF所占的比例分別為：物理學36%，環境科學49%，工程科學50%，數學72%和計算機科學研究78%。

NSF的四大優先領域：

1、環境中的生物複雜性(BiocomplexityintheEnvironment)

從單個細胞到整個生態系統，生物複雜性涉及各生物系統內部及這些系統與物理環境動態相互作用產生的所有現象。
該計劃分4個層次：
1）微觀系統
支持以下研究：有助於了解生物系統如何在細胞和生物體水平發揮功能，促進開發遺傳及分子水平的工具用於研究環境中納米-分子尺度的複雜過程、分子水平的生態系統和有關自我複製與生物合成過程的研究。有關研究也將以更好地了解水源污染物的傳遞、從耗竭油田回收石油以及利用生物降解污染水源的過程為焦點。
2）生態系統
關注人類、生物、地理和氣候系統長期、複雜的相互作用，將幫助更好地了解支配生物多樣性動力學的規律以及這些規律如何隨時間和空間發生作用。同時也將研究主要進化革新在時間和距離上的不均分布。
3）地球系統
這一研究將幫助人們了解地球循環的特徵和動力學，這些循環包括碳和相關養分的生物地理化學及水文學循環。將進行必要的基礎研究，以了解這些循環以及地球環境和生物體系的相互依賴。這一研究也將致力於了解深層生物圈生命及其與地球生命起源與歷史的關係。
4）研究平台
以建立國家生態系統監測網（NEON）為目標，是一個由極到極的地球生物學觀測台站組成的網絡，對地球生物學進行自單個分子到整個生態系統、從陸地到海洋環境的探測。NEON將提供現有最高水平的研究工具和基礎設施，包括計算和通訊設備。初期建設將耗資1200萬美元。NEON也將為美國的學術隊伍提供開展海洋和大湖地區研究的機遇。

2、信息技術研究

先進的信息技術，加上計算機模擬技術拓展了科學從亞原子到宇宙的研究範圍。這一新的有效探索模式正是產生當今最重要基礎研究的領域。
2001年信息技術研究計劃經費為3．27億美元，約為2000年撥款的2．6倍，主要用於支持計算機系統結構、信息存儲和重提、連接性、分級網絡和新計算方法的研究。分子生物學、氣候模型、地震模型、海洋學和人――機界面等領域的研究人員將受益於該計劃的研究進展。
2001年的研究重點包括：
教育和培養新一代研究人員；
數據存儲；
數據管理與保存；
管理並確保信息安全與隱私；
實時計算（UbiquitousComputing）和無線網絡；
智能機與網絡機器人；
量子計算（QuantumComputation）；
無故障軟件（“NoSurprise”Software）；
寬頻光學網絡。

3、納米科學與工程

納米科學為十億分之一米尺度上的科學與技術，涉及操作單個原子和分子的能力，納米技術使得按照預定的特性自下而上製造人類細胞大小的機器或新材料、新結構成為可能，並可能改變所有東西的設計和製造方法，如藥物、計算機、汽車輪胎以及現在還想象不到的物體。
目前納米技術尚處於探索階段，還需要進行長期的基礎性研究，以便發現新現象，了解基本的建築部件，開發納米尺度的工藝和工具，創造創新性技術，教育並培養新的研究隊伍。
研究重點包括：
納米尺度生物系統――化學組成、形狀和功能之間的關係；
納米尺度結構，新現象和量子控制――如何克服現存的小型化限制；設備和系統建築學――使納米設備與測量和控制裝配線一體化；環境納米工藝――養分與污染物的捕捉與釋放以及與微生物的相互作用；納米尺度的多尺度、多現象模型建立和模擬――需了解、掌握並開發新納米工藝和體系；社會影響及研究隊伍的教育和培訓。

4、為21世紀學習

了解人們如何學習，研究知識轉化的途徑；探索信息技術幫助增強人們學習能力的潛力；將有關學習的新知識轉化為學習材料、課程等（如建立數字化圖書館）。