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國家自然科學獎是中華人民共和國的國家科學技術獎勵之一。獲獎成果由國務院批准、授予。
國家自然科學獎授予在數學、物理學、化學、天文學、地球科學、生命科學等基礎研究和信息、材料、工程技術等領域的應用基礎研究中，闡明自然現象、特徵和規律、做出重大科學發現的中國公民[來源請求]。國家自然科學獎不授予組織。[1][2]
國家自然科學獎設一、二等兩個獎勵等級。在2000年前，國家自然科學一等獎是中國自然科學領域的最高獎。2000年設立國家最高科學技術獎。
國家自然科學獎一等獎歷年獲獎項目 （公開部分）：
- 1956年（當時稱為中國科學院科學獎金）[3]
- 典型域上的多元復變數函數論-（華羅庚（中國科學院數學研究所））
- 示性類及示嵌類的研究-（吳文俊（中國科學院數學研究所））
- 工程控制論-（錢學森（中國科學院力學研究所））
1982年起正式稱為國家自然科學獎一等獎[4]
- 1982年
- 人工全合成牛胰島素研究-（鈕經義、龔岳亭、鄒承魯、杜雨蒼（中國科學院上海生物化學研究所），季愛雪、邢其毅（北京大學），汪猷、徐傑誠（中國科學院上海有機化學研究所））
- 大慶油田發現過程中的地球科學工作-（李四光、黃汲清、謝家榮、韓景行、朱大綬、呂華、王懋基、朱夏、關士聰等（地質部），張文昭、楊繼良、鍾其權、翁文波、余伯良、邱中健、田在藝、胡韓元、趙聲振、李德生等（石油部），張文佑、侯德封、顧功敘、顧知微（中國科學院））
- 配位場理論研究-（唐敖慶（吉林大學）及其研究集體：孫家鍾（吉林大學）、鄧從豪（山東大學）、張乾二（廈門大學）、江元生（吉林大學）、鄢國森（四川大學）、戴樹珊（雲南大學）、劉若莊（北京師範大學）、趙景愚（中國科學院長春光學與精密機械研究所）、古正（四川大學）、李伯符（吉林大學））
- 反西格馬負超子的發現-（王淦昌、丁大釗、王祝翔（中國科學院原子能研究所））
- 中國地質圖類及亞洲地質圖-（王曉青、楚旭春、黃汲清、郭文魁、程裕淇、王曰倫（地質部地質研究所），王紹偉（地質部情報研究所）、李廷棟、耿樹方、李春昱（地質部地質研究所），王鴻禎（武漢地質研究所），張宗祜（地質部水文地質與工程地質研究所））
- 哥德巴赫猜想研究-（陳景潤、王元（中國科學院數學研究所），潘承洞（山東大學））
- 《中國科學技術史》-（李約瑟等（英國劍橋大學李約瑟研究所））
- 原子彈氫彈設計原理中的物理力學數學理論問題（彭桓武、鄧稼先、周光召、于敏、周毓麟、黃祖洽、秦元勛、江澤培、何桂蓮）[5][6][7]
- 1987年
- 青藏高原隆起及其對自然環境與人類活動影響的綜合研究-（劉東生、施雅風、孫鴻烈、鄭度、常承法、吳征鎰、尹集祥、文世宣、李吉均、張經煒、李文華、佟偉、高以信、程鴻、楊逸疇、黃復生、溫景春、馮祚建、周雲生、黃文秀、高登義、陳傳友、韓裕豐、李炳元、章銘陶、武素功、王金亭、倪祖彬、關志華、張祖榮、滕吉文、鄭喜玉、路季梅、鄧萬明、張誼光、謝自楚、寧學寒、王連城、邵啟全（中國科學院自然資源綜合考察委員會、中國科學院地理研究所、中國科學院地質研究所、中國科學院植物研究所、中國科學院蘭州冰川凍土研究所、北京大學等））
- 微分動力系統穩定性研究-（廖山濤（北京大學））
- 東亞大氣環流-（葉篤正、陶詩言、朱抱真、陳隆勛（中國科學院大氣物理研究所））
- 分子軌道圖形理論方法及其應用-（唐敖慶、江元生（吉林大學））
- 酵母丙氨酸轉移核糖核酸的人工全合成-（王德寶、汪恩璧、汪猷、鄭可沁、朱瑩書、陳海寶、陳慎、裘慕綏、梁鎮和、申慶祥、楊再定、胡美浩、王貴海、吳仁龍、余允華、陸蘊華、陳常慶（中國科學院上海生物化學研究所、中國科學院上海細胞生物學研究所、中國科學院上海有機化學研究所、中國科學院生物物理研究所、北京大學））
- 蛋白質功能基團的修飾及其生物活性之間的定量關係-（鄒承魯、許根俊、孫玉琨、杜雨蒼、趙康源、周海夢（中國科學院生物物理研究所、中國科學院上海生物化學研究所））
- 中國高等植物圖鑑及中國高等植物科屬檢索表-（王文采、湯彥承及其研究集體（中國科學院植物研究所））
- 中國古代建築理論及文物建築保護的研究-（梁思成、林徽因、莫宗江、徐伯安、樓慶西、郭黛婭（清華大學））
- 五次對稱性及Ti－Ni准晶相的發現與研究-（郭可信、葉恆強、李斗星、張澤、王大能（中國科學院金屬研究所））
- 中國層控礦床地球化學-（塗光熾、王秀璋、陳先沛、張寶貴、楊蔚華、程家平、樊文苓、趙振華、喻茨玫（中國科學院地球化學研究所））
- 關於不相交STEINER三元系大集的研究-（陸家羲（內蒙古包頭市第九中學））
- 1989年
- 液氮溫區氧化物超導體的發現-（趙忠賢、楊國楨、陳立泉、楊乾聲、黃玉珍及其研究集體（中國科學院物理研究所））
- 基於時序邏輯的軟件工程環境的理論與設計-（唐稚松（中國科學院軟件研究所））
- 1991年 （空缺）
- 1993年 中國蕨類植物科屬的系統排列和歷史來源-（秦仁昌（中國科學院植物研究所））
- 1995年（空缺）
- 1997年 哈密爾頓系統的辛幾何算法-（馮康等（中國科學院計算數學與科學工程計算研究所））
1999年進行了科學技術獎勵制度改革。
- 1999年、2000年、2001年（空缺）
- 2002年[8] 有機分子簇集和自由基化學的研究-（蔣錫夔、計國楨、張勁濤、范偉強、史濟良等（中國科學院上海有機化學研究所））
- 2003年[9] 澄江動物群與寒武紀大爆發-（陳均遠（中國科學院南京地質古生物研究所），侯先光（雲南大學），舒德干（西北大學））
- 2004年（空缺）
- 2005年（空缺）
- 2006年[10]
- 2007年、2008年 （空缺）
- 2009年[11] 《中國植物志》-（錢崇澍（中國科學院植物所）、陳煥鏞（中國科學院華南植物園）、吳征鎰（中國科學院昆明植物所）、王文采（中國科學院植物所）、李錫文（中國科學院昆明植物所）、胡啟明（中國科學院華南植物園）、陳藝林（中國科學院植物所）、陳心啟（中國科學院植物所）、崔鴻賓（中國科學院植物所）、張宏達（中山大學）等）
- 2010年、2011年、2012年（空缺）
- 2013年[12] 40K以上鐵基高溫超導體的發現及若干基本物理性質研究-（趙忠賢（中國科學院物理研究所），陳仙輝（中國科學技術大學），王楠林（中國科學院物理研究所），聞海虎（中國科學院物理研究所），方忠（中國科學院物理研究所））
- 2014年[13] 網絡計算的模式及基礎理論研究項目-（張堯學（清華大學）、周悅芝（清華大學）、林闖（清華大學）、任豐原（清華大學）、王國軍（中南大學））（引發很大爭議）[14]
- 2015年[15] 多光子糾纏及干涉度量-（潘建偉、彭承志、陳宇翱、陸朝陽、陳增兵（中國科學技術大學））
- 2016年[16] 「大亞灣反應堆中微子實驗發現的中微子振盪新模式」-王貽芳、曹 峻、楊長根、衡月昆、李小男（中國科學院高能物理研究所）
- 2017年[17]
- 水稻高產優質性狀形成的分子機理及品種設計－（李家洋（中國科學院遺傳與發育生物學研究所），韓斌（中國科學院上海生命科學研究院），錢前（中國水稻研究所），王永紅（中國科學院遺傳與發育生物學研究所），黃學輝（中國科學院上海生命科學研究院））
- 聚集誘導發光－（唐本忠（香港科技大學），秦安軍（浙江大學），董宇平（北京理工大學），李振（香港科技大學），孫景志（浙江大學））
- 2020年[18]
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獲獎者如下：
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