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从生命周期理论视角来看，从科学原理到最终的产业化，需要历经9个阶段。20世纪70年代，美国航空航天局（NASA）提出了技术成熟度理论，作为对装备研制关键技术成熟度进行量化评价的系统化标准。1995年，美国航空航天局起草并发布了《TRL白皮书》，将技术成熟度分为9个等级，分别是：（1）基本原理被发现和阐述；（2）形成技术概念或应用方案；（3）应用分析与实验室研究，关键功能实验室验证；（4）实验室原理样机组件或实验板在实验环境中验证；（5）完整的实验室样机、组件或实验板在相关环境中验证；（6）模拟环境下的系统演示；（7）真实环境下的系统演示；（8）定型试验；（9）运行与评估。
科技创新1~9级，可划分为三个主要阶段，即科研、转化和产业化。其中，1~3级主要面向基础科学研究，包括提出新问题、设计新实验、探索新现象、发现新规律、揭示新原理、建立新方法、提出新理论。4~6级为科技成果转化阶段，主要解决科学原理向关键核心技术转化的问题。7~9级为产业化阶段，主要聚焦关键核心技术向产品转化。
其实，早在20世纪50年代，钱学森就已经开始关注科技创新的内在层次结构。钱学森于1947年在浙江大学做了题为“工程和工程科学”的学术报告，就讲到工程和工程科学之间的联系。此后，科技创新内在结构层次成为钱学森开展科学研究时秉持的重要逻辑分类，并延伸到产业环节，形成了“科学—技术—产业”科技创新全生命周期三段式思想。如1979年，其在《中国激光》发表《光子学、光子技术、光子工业》，对光子学的发展首次提出“光子学、光子技术和光子工业”的三阶段构想。建立和发展光子学就要研究其应用，这就是光子技术。光子技术有着非常广阔的前景，其发展必然会带起一个新的工业——光子工业。
是否所有达到足够成熟度等级的科研成果都能顺利完成转化，实现产业化呢？现实是，科研与产业之间存在着难以逾越的“死亡之谷”和“达尔文之海”，即通常所讲的科技成果转化“谷海”。大量科研成果无法有效地实现产业化、商品化。
“死亡之谷”由时任美国众议院科学委员会副委员长Ehlers于1998年首次提出，描述了政府资助的基础研究成果与产业界资助的应用性研发之间存在着一条难以跨越的沟壑，科技成果无法有效地商品化、产业化，科技成果与产业化发展之间出现断层，大量科研成果湮灭于“死亡之谷”。科技成果转化阶段，高校、研究机构作用逐渐变弱，企业作用逐渐变强。通常情况下，政府设立基础研究项目的主要目的是满足国家公共部门的战略性需求，主要由国家科研机构和高校负责研发，不适合进一步介入TRL4级之后的阶段。而企业为了降低研制风险，减少研制成本，实现利益最大化，会尽量选用成熟的应用技术，不会轻易触碰TRL中低于7级的技术。因此，TRL4~6级之间的地带，就成了科技成果的“死亡之谷”。
“达尔文之海”最早由布兰斯科姆和奥尔斯瓦尔德提出，描述科技成果由技术开发进入商业阶段后，存在技术和商业思想的鸿沟，导致科技成果转化项目在未获得市场客户认可和大规模商业化推广之前，便面临着失败的风险。布兰斯科姆和奥尔斯瓦尔德认为多个方面的因素共同造成了这一现象的产生。首先是科研人员研究动力不足。科研人员的主要研究任务是证明一项科学原理具备转化为商业产品的可能性。但在完成原理验证和产品原型之后，使产品原型具备完善的功能、良好的用户体验、足够低的成本和强大的市场吸引力，仍需要开展长期且成本高昂的研发工作。但从事学术研究的科学家或者科研院所缺少相关激励或动机来开展相关工作。同时，这些成果尚未转化成可赚钱的产品，企业得不到盈利却要承担创新风险，除极少数超大型企业外，一般企业也无力涉足。其次，技术人员与商业经理、投资者之间缺少有效沟通和相互信任。技术人员关注技术本身而很少考量经济产出价值；商业经理、投资者则更多地关注商业价值和投资回报，而很少关注技术实现路径和周期。除此之外，新技术、新产品市场化应用与推广所需的基础设施不健全，如内燃机汽车需要加油站、新操作系统需要新的软件，尤其是新技术、新产品可能需要新的分销和服务模式以及市场推广培训等。以上诸多因素，都可能导致一项新技术、新产品最终无法实现大规模商业化应用。
填平科技成果转化的“死亡之谷”和“达尔文之海”，需要完善的科技成果转化生态做保障。但是我国的科技成果转化工作起步较晚，体制和政策、环境氛围、人才、资金、新型研发机构及关键共性技术平台等各类要素缺失，科技成果转化生态体系不健全，导致众多科技成果转化为产品原型之后便停步，未能转化为满足市场需求的商品。
科技与产业之间不是单向流动，而是双向互动（如图1-1所示）。欧美发达国家通过填平科技成果转化“谷海”，形成了科技成果转化的双向路径。习近平总书记提出的“围绕产业链部署创新链，围绕创新链布局产业链”的思想，清晰准确地总结出了两条路径的内在逻辑。围绕产业链部署创新链，就是以产业转型升级为牵引，部署关键核心技术攻关，突破“卡脖子”技术制约。围绕创新链布局产业链，就是瞄准科技制高点布局引领性、变革性技术，培育壮大各类新兴产业，打造经济高质量发展的新增长点。
图1-1 科技与产业的双向互动
从科技到产业的循环，能够解决一个国家未来产业培育的问题，是美国科技创新和产业发展的主要模式。从第二次工业革命开始，美国从英国手中接棒，持续引领科学理论突破，不断产生颠覆性技术，相继催生电气、航空航天、汽车、芯片、精密仪器、能源、医药医疗等新的产业频谱，抢抓产业窗口红利，占据产业制高点，成为世界科技强国。
进入21世纪以来，全球科技创新空前活跃，以人工智能、光电芯片、新材料等为代表的硬科技正在加快发展，并不断在应用端取得突破，催生新业态、新模式和新需求，给全球发展和人类生产生活带来变革性影响。
从经济系统出发，产业端以产业技术需求和产业升级为导向，提出关键核心技术需求，经由转化链“解读”，整合各类创新要素协同攻关，牵引科研立项，推动重大原始创新突破。经历“产业需求→关键核心技术攻关→科学原理突破”三个关键环节，实现关键核心技术的突破。
揭开人类工业革命序幕的蒸汽机技术，便是在产业需求拉动下诞生的，是“围绕产业链部署创新链”路径的典型案例。17世纪后期，英国的采矿业特别是煤矿工业已发展到相当大的规模，单靠人力、畜力已难以满足排除矿井地下水的需求。现实的需要促使许多人，如英国的帕潘、萨弗里、纽科门等致力于“以火力提水”的探索和试验。1698年，托马斯·塞维利制成了世界上第一台实用的蒸汽提水机，取得标名为“矿工之友”的英国专利。1712年，纽科门在英国西部科尼格里的煤矿安装了其发明的蒸汽机，得到市场的认可。短短3年时间，英国各地使用了100多台纽科门蒸汽机承担抽水任务。但纽科门蒸汽机的缺陷在于能耗大，需要消耗大量煤炭，只适用于在煤矿附近使用，难以满足纺织、运输等其他行业的需求。基于英国国内其他产业板块的需求推动，瓦特对蒸汽机进行改良，目标是将蒸汽机引入各个产业。1783年，在博尔顿推动下，英国第一家大规模利用蒸汽动力的工厂——阿尔比恩磨坊开工，被后世喻为“开创了蒸汽动力工厂的时代”。此后，蒸汽机开始带动英国纺织业，并逐渐拓展到机器制造、船舶和铁路机车上。在产业需求牵引下，蒸汽机技术不断实现技术上的升级迭代，反向推进了科技的突破。
从产业向科技的循环，能够有效解决产业“卡脖子”技术和产业共性技术的问题，是德国科技创新和产业发展的主要模式。自第二次工业革命之后，德国围绕电气和电子制造、先进机器设备制造、化工制造、汽车制造等需求，持续开展相关领域技术的渐进式创新迭代，从工业1.0到工业4.0，铸造培育了一大批隐形冠军企业，成为世界制造强国。
以知识系统为起点，在认知需求或者问题导向下，开展原始创新研究，产生源源不断的高质量科技供给，经由转化链的平台、资金、人才等创新要素支持，为产业链提供可面向市场需求的产品，从而催生或带动未来产业发展，历经“科学原理的发现与验证→科技成果转化→新兴产业集群形成”三个关键环节，最终将科学原理转化为新的产品或商品，为经济发展注入新的发展动能。
集成电路技术是“围绕创新链布局产业链”路径的典型案例，科技端的突破催生了以信息技术为代表的庞大的产业集群。20世纪四五十年代，电子线路体积微型化成为科学界研究的一个热点。1952年，英国科学家达默提出将电子线路中的分立元器件集中制作在一块半导体晶片上的设想，一小块晶片就是一个完整电路，电子线路的体积就可大大缩小，可靠性大幅提高。此后，杰克·基尔比和罗伯特·诺伊斯分别于1958年、1959年发明了锗集成电路和硅集成电路。1962年，德州仪器为“民兵-Ⅰ”型和“民兵-Ⅱ”型导弹制导系统研制了22套集成电路，集成电路开始在军事领域应用。此后，随着集成电路技术的突破，1963年弗兰克·万利斯和萨支唐首次提出CMOS技术；1971年，英特尔推出1kb动态随机存储器，标志着大规模集成电路出现；1978年，64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了15万个晶体管，标志着超大规模集成电路时代的来临；1979年，英特尔推出5MHz 8088微处理器。随着技术不断进步，集成电路开始在计算机领域应用之后，1981年，IBM基于英特尔8088微处理器，推出全球第一台个人计算机。此后，集成电路开始深入人类生活的各个方面，催生了众多新的产业，极大地改变了人类的生产生活方式。
关键核心技术缺失是当前制约我国产业发展的重大瓶颈，特别是在深度垂直分工的高技术产业领域，高度依赖进口关键零部件会产生“卡脖子”问题而受制于人。因此，必须根据产业链各环节的需要，全面梳理上下游薄弱环节和关键核心产品的对外依存度，有针对性地进行科研布局和集中攻关，建立“政产学研用”协同创新体系，以创新为产业发展赋能，全面提升产业链现代化水平。
科技与产业的双向循环路径形成了一个螺旋式上升的大循环系统。在这个大循环系统中，科技端源源不断地提供高质量的创新供给，带动产业向中高端升级或催生新的科技研究领域。而产业从需求和问题出发也持续不断提出关键共性技术需求，反过来牵引科技端原始创新突破，继而再带动产业持续升级，循环往复，螺旋式上升。
欧美国家从第一次工业革命开始，经过长达数百年科技创新生态体系建设，基本构建了科技创新的生态闭环，形成了“科学革命—技术革命—产业革命”一体的经济高质量发展模式。改革开放以来，我国充分利用国际分工机会，发挥劳动力要素低成本优势，通过参与国际经济大循环，承接发达国家前三次工业革命扩散的技术红利，培育发展本国产业，构建形成了“国外科学技术+中国产业”的外向型科技创新闭环生态。