Die wissenschaftliche und technologische Forschung in Katalonien hat wertvolle Beiträge zum weltweiten Wissen geleistet. Unter vielen Beispielen zu nennen sind der Erfinder des U-Boots Narcís Monturiol (1819-1885), der Astronom Josep Comas i Solà (1868-1937), erster Leiter der Sternwarte Observatori Fabra in Barcelona und Entdecker verschiedener Kometen und Asteroiden, oder der Botaniker Pius Font (1888-1964), Gründer der botanischen Abteilung des Naturwissenschaftlichen Museums in Barcelona. Meteorologie und Klimakunde wurden in Katalonien von Eduard Fontserè (1870-1970) gefördert, während in der Geologie Jaume Almera (1845-1919) und im Bereich der Medizin der Anatom und Chirurg Antoni de Gimbernat (1734-1816) herausragten.
Im 20. Jahrhundert brachte die katalanische Kultur Pioniere hervor, die in der Forschung innovative Wege bahnten. Den Primatologen Jordi Sabater i Pi (1922), der die Verhaltensforschung in Spanien einführte und den Albino-Gorilla Floquet de Neu entdeckte, sowie Ramon Margalef (1919-2004), Vorbote der Ökologie in Katalonien und einer der bedeutendsten Spezialisten weltweit.
Auf dem Gebiet der Medizin sind zu erwähnen: Josep Trueta (1897-1977), der ein Verfahren zur Bekämpfung von Knochenentzündungen entwickelte, das zum ersten Mal im Spanischen Bürgerkrieg zum Einsatz kam und während des 2. Weltkiegs leider exportiert wurde. Dank dieser Methode wurden Tausende Menschenleben gerettet. Francesc Duran i Reynals (1899-1958), bereits ein Klassiker im Bereich der virologischen und kanzerologischen Forschung, verfolgte seine Laufbahn in den USA. Das tat auch David Cardús (1922-2003), der die Wirkungen fehlender Schwerkraft oder geringerer Schwerkraft als die der Erde studierte. Er war einer der Wissenschaftler, die an der Auswahl der ersten von den USA in den Weltraum geschickten Besatzung teilnahmen. Die Zusammenarbeit mit der NASA war auch eine der Aufgaben des Biochemikers Joan Oró (1923-2004), Gründer und erster Leiter der Abteilung Biochemische und Biophysikalische Wissenschaften an der Universität Houston (USA), wo verschiedene Studien durchgeführt wurden, mit denen man versuchte, den Ursprung des Lebens auf der Erde zu verstehen.
Ein anderer anerkannter Name ist der des Augenarztes Josep Antoni Barraquer (1852-1924), der verschiedene chirurgische Verfahren erfand, darunter vor allem eine Technik zur Entfernung von grauem Star. Mit Josep Antoni Barraquer begann eine Augenarztdynastie, die bereits vier Generationen umfasst. Die Klinik Centre d’Oftalmologia Barraquer in Barcelona ist ein Referenzzentrum der Spezialisierung und kontinuierlichen Forschung in diesem Zweig der Medizin. Ein bedeutender Name auf dem Gebiet der Urologie ist der von Antoni Puigvert (1905-1990). Die nach ihm benannte Stiftung Fundació Puigvert ist seit ihrer Gründung 1961 ein Forschungs- und Studienort für Urologen aus der ganzen Welt. In der Plastischen Chirurgie nimmt Pere Gabarró (1899-1980), der diesen Bereich der Chirurgie nach Katalonien brachte, eine herausragende Stellung ein. Gabarró machte in England Karriere, wohin er nach dem Spanischen Bürgerkrieg ins Exil ging. Eine seiner Errungenschaften war eine neue Art der Gewebeübertragung, schachbrett- oder siegelartig genannt. Fernando Vidal López (1943 -1998) war für die Schmerzbehandlung berühmt. Seine Beiträge zum Fortschritt der Anästhesiologie konzentrierten sich auf die Wiedereinführung der Techniken zur lokoregionalen Anästhesie und deren Anwendung im Bereich der Schmerztherapie, was zur Einrichtung der modernen Schmerzkliniken führte. Hervorzuheben ist auch seine Arbeit als Leiter eines Anästhesiologischen Dienstes, wo er fruchtbare Forschungslinien förderte.
Heute sind Namen wie Valentí Fuster (1943), der das Cardiovascular Institute am Mount Sinai Medical Center in New York leitet und der die Studien im Bereich der Kardiologie revolutioniert hat, oder Joan Massagué (1953), in dem Gebiet der Onkologie, auf der ganzen Welt anerkannt. Eine herausragende Stellung nimmt auch Santiago Dexeus (1935) ein. Der Facharzt für Geburtshilfe und Gynäkologie ist Gründer und Leiter eines nach ihm benannten Instituts, das im Bereich Reproduktionsmedizin derzeit eins der angesehensten Zentren ist. Zu seinem Team gehört unter anderen Anna Veiga, die an der Geburt des ersten spanischen Retortenbabys beteiligt war und derzeit Leiterin der Zelllinienbank des Zentrums für Regenerative Medizin (Centre de Medicina Regenerativa) in Barcelona ist.
Was wissenschaftliche Anlagen angeht ist der Bau eines Synchrotron (Elektronenbeschleunigers) in Cerdanyola del Vallès (Barcelona) eines der bedeutendsten Projekte. Dieses Synchroton wird das einzige im Süden Europas sein. Hervorzuheben ist auch die Einweihung des Biomedizinischen Forschungsparks (Parc de Recerca Biomèdica) im Jahre 2006 in Barcelona.