Вторая половина XIX века совпала с оживлением прогрессивных настроений во всех сторонах жизни русского общества. Наступил период интенсивного развития капитализма в России. Огромных успехов добилось научное естествознание. Профессор Московского университета К. Ф. Рулье (1814—1858) выдвинул идею эволюции органического мира и сделал это несколькими годами раньше выхода в свет знаменитого труда Ч. Дарвина о происхождении видов. Появились работы И. М. Сеченова (1829—1905), А. О. Ковалевского (1840-1901), В. О. Ковалевского (1842-1883), К. А. Тимирязева (1843-1920), И. И. Мечникова (1845-1916). Естествознание превращалось в науку, вскрывающую связи и формы взаимодействия процессов природы и доказывающую тем самым материальность и единство органического мира. Это позволило русским биологам быстро усвоить теорию Ч. Дарвина о естественном отборе и происхождении видов, проникшую в Россию в 60-х гг., встать на ее защиту и внести свой вклад в ее разработку. Г. Мендель (1804—1881) положил начало генетике как точной экспериментальной науке. Француз Л. Пастер (1822-1895) и немец Р. Кох (1843-1910) сделали замечательные открытия в области микробиологии. М. Шлейден (1804— 1881) и Т. Шванн (1810—1882) исследовали строение клетки и сформулировали важные положения клеточной теории. К концу XIX века в биологии все более отчетливо стали выделяться как самостоятельные науки цитология, генетика, экология, эволюционное учение.

Аналогичный подъем переживала и география. Расширение географических исследований во второй половине XIX века связано с активной деятельностью русского географического общества, во главе которого стоял талантливый исследователь природы Средней Азии П. П. Семенов-Тян-Шанский (1827—1914). Большой вклад в исследование природы России и сопредельных с ней территорий внесли в этот период Н. А. Северцов (1827—1885), А. П. Федченко (1844-1873), И. В. Мушкетов (1850-1902), А. Н. Краснов (1862-1914) и др. Как и в биологии, в географии происходил процесс дифференциации: выделились геология, ботаническая и зоологическая география, климатология, почвоведение. Опубликовались фундаментальные работы, ставшие классическими и не утратившие значения до наших дней. Таковы «Русский чернозем» В. В. Докучаева (1883), «Климаты земного шара, в особенности России» А. И. Воейкова (1884)и др.