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尽管我国创新发展取得重大进展，但与进入创新型国家行列和建设世界科技强国的要求相比，还存在一些薄弱环节和深层次问题，主要表现为以下几点。
从我国创新投入现状来看，研发投入结构明显存在基础研究和应用基础研究比重低、试验发展比重高的特点，如2015年我国三大研发活动的比重分别为5．1％、10．8％、84．1％，同期美国的比重约为17．4％、19．3％、63．3％，我国原创性基础研究等前端环节投入明显不足。由于基础研究和应用基础研究投入明显不足，支撑产业升级、引领前沿突破的源头技术储备严重缺乏，不少领域依赖引进核心技术和关键零部件，关键共性技术供给难以满足产业创新与转型的需要。科研成果评价重数量、轻质量，重短期利益、轻长期效果，整体质量不高，尚不具备引领国际前沿的能力。随着我国进入跟跑和并跑、领跑并存的新阶段，迫切需要加大基础研究等创新链前端环节的投入，构筑创新先发优势。
尽管近年来科技研发投入增长较快，但创新绩效依然较低，产出效率不高。先后部署了一批重大项目和重点任务，但重大突破不如预期。从反映专利质量水平的三方专利来看，我国与发达国家的差距还比较大。根据经济合作与发展组织（OECD）的统计，2014年中国的三方专利数量仅占全球的4．6％，日本占31．2％、美国占27．2％、欧盟占24．7％，同期这些国家（地区）的研发支出相当于中国的46．2％、129．4％、97．9％。产学研脱节现象仍未扭转，大学、科研院所不仅未能与企业形成有效互补，反而在某种程度上成为竞争者。创新人才难以在产学研之间自由流动也是阻碍产学研有效合作的重要因素。
目前我国财政资金支持的技术成果转移转化率不到10％，而发达国家通常为40％～50％。尽管近些年出台了一系列鼓励科研成果转化的法律法规，但一些关键政策的落实效果还不尽人意，这制约了成果转化效率的进一步提升。在兰德公司《2020年的全球技术革命》报告中，中国重大技术研发与产业化能力得53分，在参与排名的16个国家中居第8位，与第一梯队的美国、德国（约为100分）和第二梯队的日本、韩国（约为80分）等国家差距较大。目前，我国不少高校、科研院所虽然建立了技术转移机构，但大都属于行政管理机构，人员少且专业性严重不足，社会化、专业化的第三方技术转移机构发展迟缓。
近些年，我国企业的创新主体地位不断提升，但总体上创新水平不高，存在创新动力不足、能力受限的问题。由于开展创新活动的成本高而收益低，创新型企业得不到有效的市场激励，这加剧了创新不足。企业研发活动规模和投入强度也偏低。我国经济总量已多年居世界第二，发明专利申请量连续多年居世界第一，但尚未产生获得世界公认的全球领先创新企业。汤森路透集团公布的“全球创新企业百强”榜上大都是美欧日企业，2014—2016年我国仅有一家企业入围。国有企业尤其是央属国有企业在获取国家科技计划项目、土地供给、资金等各种要素资源方面占据明显优势，但受国企保值增值考核、工资总额限制等体制机制的束缚，创新动力不足。民营企业自身机制灵活，但在平等获取创新资源、市场准入等方面受限较多，创新活力难以发挥。
政府对科技创新和新兴产业发展的管理仍存在“越位”“缺位”和“错位”问题，该放的没放活，该管的没管住。现行管理手段比较单一，管理方式创新不足，不适应新技术新业态迅速发展的需要。创新政策体系着重于技术供给，供给侧政策较多，需求端激励政策较少，对创新技术和产品的市场培育不足。市场准入方面，重审批、轻监管，监管能力未能及时提升，政府常常以控制企业规模和数量为由设置准入门槛，导致后来者无法参与竞争，这在一定程度上阻碍了创新。在维护公平竞争方面，存在知识产权保护不力、执法不严、垄断规制不到位等问题。
人才激励不足、结构失衡是制约创新驱动发展的突出因素。各种人才计划层次多、交叉重复，政策措施落实力度需要进一步加强。对科研人员和高技能人才激励措施不到位，对科研人员创造的价值体现不足，创新难以获得相应回报，这抑制了科研人员的积极性。重人才引进数量，轻人才环境建设，与国际接轨的科研氛围、可持续的科研设施保障，以及一些大城市难以回避的户籍、住房、子女教育、医疗等公共服务仍有较大差距。科技领军人才、创新型企业家等高端人才不多。尽管我国科技人员总量居世界前列，但高端领军人才和高技能人才匮乏，创新型企业家也非常有限。汤森路透集团发布的《2015年全球最具影响力的科研精英》报告显示：中国共有148位科学家（含港澳台地区）入选168人次，占比仅5％（共2 975名，3 125人次），仅为美国的1／10。