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今天，美国经济总量居全球第一，其科技创新、技术研发、成果转化在世界都居于领先地位。美国拥有世界绝大多数的关键核心技术，拥有众多世界顶尖大学和新型研发机构，其学术研究在世界产生了广泛的影响力。美国还拥有一批世界知名的科技创新企业，为其科技发展和成果转化不断提供动力。美国科技创新能够领先全球的主要原因，在于它搭建了一套产生颠覆性创新的机制和体系。
事实上，17世纪之前，整个美洲大陆并无近代科学研究活动。当时，美国的前身作为殖民地，其科学活动和科学成果主要来自欧洲。科学活动规模小、高水平科学家少、科研以实用为主是当时美洲大陆科技发展的主要特点。1848年，美国成立了首个全国性质的科学学会——美国科学促进会，其科技创新活动开始由散乱无章向专业化转变，科学研究活动也逐渐从欧洲（特别是英国）的科研体系中独立出来。
19世纪南北战争的爆发促使美国开始由以农业为主的种植园经济模式逐渐向工业经济模式转变，美国成为欧洲科学技术应用的最佳场地。在这一时期，欧洲大量科技成果在美国产业化，美国科技创新体系呈现“欧洲科研+欧洲技术+美国产业”的特点，美国由此逐渐成为当时的“世界工厂”。美国的科技转化风潮首先源于一系列思想观念的转变。美国工业化程度的加深，带动了后续的反思思潮的兴起，美国人逐渐意识到了推动工业发展和农业技术创新的重要性。而技术创新要顺利实现，就需要良好的制度保证，否则激励不当，便无人愿意创新。因此，美国史上一些重大制度变革成为推动美国科技创新重要的“发动机”。
19世纪初，经济的崛起唤起美国高等教育变革，生产力的提升极大地刺激了美国对人才的需求，大量社会财富开始流向高等教育领域，科学研究开始在大学中受到重视。1862年，美国国会颁布了《莫里尔法案》，标志着美国联邦政府开始参与科研工作。该法案规定，按照各州在国会的议员人数，拨给每位议员3万英亩土地，并将这些赠地所得的收益在每州至少资助开办一所赠地学院，这为此后联邦政府介入各种科技活动提供了法律依据。《莫里尔法案》的出台，间接推动美国大量州立大学建立。更重要的是，随着大学的建立，无数前沿知识涌入科技创新工作之中。《哈奇法案》和《史密斯-利弗法案》紧跟《莫里尔法案》出台。
可以说，上述法案有效地推动了美国对技术创新的关注，促进美国经济增长和科技创新的发展。比如，法案的推出推动美国构建起了完整的国家农业创新体系。
到1922年，美国共建立赠地学院69所，美国国家科学院、海军天文台等科技管理机构和军事科技机构得以建立，为美国科技和工业现代化储备了丰厚资源。
1864年颁布的《鼓励外来移民法》确立了美国鼓励外国劳动力入境的移民政策，当时的美国对移民几乎未加挑选全部纳入。在此过程中，大量顶尖科技人才涌入美国，其中不乏贝尔、特斯拉等世界知名科学家和发明家。同一时期，高校开始鼓励教师从事学术研究以及通过研究培养学生，研究使教育的价值得到了充分展现。第一次世界大战初期，美国大规模动员科学家参与战备工作，并给予较为宽松的科研环境和强有力的资金支持；已形成的现代大学体系已经能够较好地为新型产业发展提供科技人才。“研究教育+科技人才”为美国科技发展增加了“颠覆性”基因。1907年，阿尔伯特·迈克尔逊成为美国第一位本土诺贝尔奖获得者，美国科研逐渐脱离欧洲走上自主发展的道路。
19世纪末，美国在以化学和电气工业为主导的第二次工业革命中紧跟欧洲步伐，依靠其在化学、电气工程方面的成果应用经验，在大学建立起相关专业和实验室，开展前沿科学研究，这一举动直接成就了美国的电气工程专业，使之领先世界至今，并促进汽车工业、无线电和电子工业飞速发展。技术的发展和应用使生产力得到释放。此时，美国呈现“欧洲科研+美国技术+美国产业”的特点。
20世纪20年代，美国在电气工程领域建立了第一批工业研究实验室。1930—1940年，工业研究实验室已经成为美国重要的创新主体。科学社会学家本·大卫认为，美国基础科学在1920年后的增速超过欧洲，美国不仅不再靠欧洲的科研开展应用和发展，而且原始创新也比欧洲更强。在工业研究实验室的支撑下，美国电气工程开始领先世界，并与电报和电子工业紧密联系，共同发展。美国的汽车、化学工业依托工业研究实验室实现技术突破，开始超越欧洲。虽然此时欧洲仍然保持着理论科学的前沿地位，但美国已经开始撼动以欧洲为主导的世界科技创新体系。
1940年6月，美国国防研究委员会成立，大量高水平人才和团队应召进入该组织，美国政府大量注资。1941年，罗斯福授权建立国家科学研究与发展局，替代国防研究委员会具体负责审批科研项目并提出国家科研目标与任务。科学研究与发展局成为美国政府在第二次世界大战期间领导全国科学研究的“总指挥部”，其积极响应军事和经济发展需要，成功地积聚起全国科学家的力量。美国的战时动员形成了一个联结政府、大学、研究机构、工业企业和军方的创新网络，以军事需求为主导的科研方式影响深远并延续至今。第二次世界大战中，因为德国政府对犹太人的敌对政策，众多犹太科学家为躲避迫害秘密逃亡美国，其中包括物理学家爱因斯坦、现代计算机之父冯·诺依曼、原子弹之父罗伯特·奥本海默等一批全球顶级科学家。美国政府对科技人才和研发的投入直接或间接地影响了第二次世界大战的进程。第二次世界大战后，美国广泛吸纳德国科学家，实施了著名的“回形针”行动。安妮·雅各布森在其《回形针行动：“二战”后期美国招揽纳粹科学家的绝密计划》一书中提到，美国转移、吸引德国科技人才超过1 600名，这些顶尖人才为美国之后引领世界科技创新发展奠定了坚实的基础。
1945年7月，时任白宫科技政策办公室主任的范内瓦·布什牵头向总统提交了一份科学报告——《科学：无尽的前沿》。这份报告回答了罗斯福总统提出的有关美国战后科学发展的四个问题，提出“政府应该为基础科技研究、应用科学研究的成果提供连续不断的资金支持，以增加工业发展所需要的技术知识积累，从而促进国家经济的持久发展”。这份报告是美国构建促进科技成果转化政策体系的源起。美国的这些思想有别于传统欧洲发达国家只重视基础科学研究的理念，推动了科技与产业的紧密结合，这成为美国超越欧洲、后来居上的重要因素。这种由政府主导的“科技举国体制”使得支持科学发展的力度大幅度提高。到了20世纪50年代，美国的研究型大学和实验室体系已经明显居于世界前列，此时美国正式由技术引领转变为创新引领。
美国政府的角色转变使得其支持科学发展的力度大幅度提高，大学研究体系飞速扩张。国家科学基金会和国立卫生研究院为大学的基础研究提供支持；国防部、原子能委员会这些具有特殊使命的机构，也从自己的使命和任务出发支持大学的发展，不仅支持基础研究，也对应用研究提供支持，包括材料、电子和核技术等。与此同时，美国的科技创新也面临着政府对科技成果转化不敏感而导致的效率低下的问题，以及来自日本、德国在科技创新和成果转化方面崛起的挑战。
20世纪70年代，美国前脚刚踏出越南战争，后脚又在半导体国际市场上被日本企业“穷追猛打”，加上国内滞胀危机日益严重，“挽回市场优势，振兴美国经济”成了美国政府亟待解决的问题。因此，美国又想念起了科技对美国经济与国力增长的作用。但此时美国科技成果转化效率与英国、日本、德国等国家相比还有一定的差距。为了解决这样的问题，美国政府着手建立符合时代要求的“颠覆性创新体系”，其中最主要的就是以立法手段推动科技成果转化。
1980年，伯奇·拜赫和罗伯特·杜尔提出的《拜杜法案》解决了四个问题：首先是由政府资助研究产生的成果权利默认由大学保留；其次是高校享有独占性专利许可；再次是技术转移所得应返归于教学和研究，发明人有权分享专利许可收入；最后是政府保留“介入权”，特殊情况下可由联邦政府处理该发明。《拜杜法案》使私人部门享有联邦政府资助科技成果的专利权成为可能，从而产生了促进科技成果转化的强大动力。美国通过合理的制度安排，为政府、科研机构、产业界三方合作共同致力于政府资助科技成果的商业运用提供了有效的制度激励，由此加快了科技成果产业化的步伐，有效改变了美国科技成果难以民用和商用的现状。
斯坦福大学技术许可办公室相关数据显示，20世纪70年代，美国政府曾拥有超过7万件专利，但其中只有5%被商业化。美国参与科技成果转化的高校数量在20世纪70年代以前几乎处于“个位数”，直到《拜杜法案》颁布的20世纪80年代，高校数量以每年约2~2.5倍的速度增加。进入20世纪90年代，根据美国大学技术管理者协会的统计数据，1991年至2002年，美国大学合计申请专利数量从1 584件迅速攀升至7 921件，科技成果转化率迅速攀升至80%，奠定了美国在21世纪初对科技创新的绝对霸权。为此，《拜杜法案》被英国《经济学家》杂志评价为“美国国会在过去半个世纪中通过的最鼓舞人心的法案”。
20世纪80年代，《史蒂文森-怀德勒技术创新法》《联邦政府技术转移法》等法案也相继推出。美国历史上这一系列重要的法案持续推动了科技成果转化风潮，也激发了美国学者的创业热情。美国利用政府、企业、高校的伙伴关系，着眼于未来10~20年，产出大量具有颠覆性、革命性意义的技术成果，这些成果往往优先应用于军事目的，并在随后的几十年内开始“军转民”，比如阿帕网（因特网前身）、Shakey机器人（人工智能的开端）、GPS（全球卫星定位系统）等，都对人类社会发展产生了深刻影响。到20世纪末，美国紧抓信息时代的变革机遇，重新夺回半导体、计算机和互联网的全球市场，把信息技术的发展和建设列为首要发展的目标。此时，美国呈现“美国科研+美国技术+美国产业”的特点。几个世纪以来，美国的科技政策和战略一直围绕“创新”和“竞争力”这两大主题思想展开。在这个过程中，美国积极应对变化，不断创新，形成了技术创新充足供给、科技成果高效转化、社会资本向科技和产业靠拢及持续投入的局面，进一步助推科技创新和产业升级的科技创新体系的自我循环，确保了美国始终处于世界科技的领先地位。从某个角度看，美国科学技术之所以得到大发展，是因为国家在受到实际的或设想的挑战和威胁时所采取的创新性措施，以及在不断颠覆和变革中走向真正的科技自立自强。
美国的科技管理体系虽然由政府构建和主导，却无专职的科技主管部门，各管理权限分散至不同的部门和机构。从国家层面来看，如图2-1所示，主要有6个科技管理机构。
图2-1 美国的科技管理体系
白宫科学技术政策办公室在美国科技创新体系中发挥了“指挥棒”的作用，参与美国政府顶层重大发展战略制定，发挥部门间协调作用。美国国家科学技术委员会负责向总统提出发展科学技术的政策建议。美国国家科学基金会相当于我国国家自然科学基金委员会，任务是管理由政府拨款的科学基础研究与技术开发资金。美国国家科学院和美国国家工程院与中国科学院和中国工程院有着明显的区别，其下面不设科学研究机构，事实上行使的是“科技智库”的职能。而美国国家科学研究委员会的设立是为了开展科技服务，推动更多的科学家和技术专家参加科学研究活动。这种“科技领导机构+科技顾问机构+科技资金管理机构+科技创新智库+科技服务机构”模式构成了美国科技创新管理体系的基本形态，也进一步构建了美国在科学研究和技术研发领域多元的组织形态。
美国自大萧条后开始动用一切力量提升综合国力和竞争力，加快科技创新和成果产业化步伐，围绕技术创新、技术转移出台了《拜杜法案》《史蒂文森-怀德勒技术创新法》《联邦政府技术转移法》等十多部法案（如表2-1所示），形成了促进科技创新的法律体系。这些法案在一定程度上解决了科技成果转化过程中诸如成果归属、收益分配等问题，激发了科研机构和科研人员从事科技成果转化的热情。
表2-1 美国颁布的关于促进科技创新的部分法案
《拜杜法案》修改了过去由政府资助的项目研究成果知识产权归政府的规定，只保留了政府可以优先使用该项成果的权利，成果的全部知识产权归项目完成单位所有。《史蒂文森-怀德勒技术创新法》和《联邦政府技术转移法》为科研机构和研究人员积极参与成果转化与技术转移活动提供了动力。《小企业创新发展法》促进了科技人员的创新创业活动，提升了小企业与大学、科研机构合作开展新技术研发的信心。《国家合作研究法》为中小企业与大学、科研机构建立长期的技术合作奠定了法律基础。《技术转移商业化法》强化了利益驱动机制和对成果转化与技术转移效果进行评估的法律责任。在各类法案的促进下，美国科技成果转化率大幅提升。
为保证科技创新活动适应市场经济规律有序竞争，美国政府围绕知识产权的使用和保护修订了《谢尔曼反托拉斯法》等既有法案，进一步鼓励了科技创新活动，为科技创新体系提供了完善、稳定的制度环境和坚实的政策基础。当时，美国政府把科技成果所有权益都牢牢掌握在自己手中，导致专利证书形同废纸，造成严重的科技资源闲置和浪费。这些法案直接或间接解决了美国当时面临的问题——常年处于停滞状态的“谁出资、谁拥有”政策。正是在这样一个良性循环的法律制度环境中，美国科技创新力不断被激发，更多的科技成果催生了更多的新兴产业。
美国政府将科技创新政策分为科研经费、金融资本、信息服务、国际合作四个方面，各政策互相补充、互相支撑，形成了分类清晰的“政策丛林”。
科研经费方面，政策规定所有科研经费中都必须包含一定比例的科技成果转化费用，以此加快科技成果转化；并设立基于项目的竞争性研究经费，各研究性大学进行申报竞争获得，以此提高成果转化的积极性。金融资本方面，形成了“立法支持+政府金融支持+金融机构支持”的“组合拳”，政府对科技活动税款征收、科技项目融资等方面给予一定的税收抵免，对初期投资较大的项目进行资金补偿，以国家引导的方式设立风险投资基金，以贷款担保、信用和风险担保、低息贷款等多种方式支持成果转化和创新创业。信息服务方面，要求各科研主体的信息及时、清晰和对等地公布，同时通过国家技术信息服务中心将具有转化、应用和开发前景的科技成果迅速推广给社会和企业，建立了链接和服务产学研金用的信息桥梁。国际合作方面，广泛开展科技成果转化的国际合作，缩短转化周期，以最快的速度实现科技成果的市场价值，并鼓励大学、私人研究机构或者科研人员之间开展产业化合作。
美国的科研开发体系由联邦政府研究机构，高水平大学，新型研发机构、企业实验室等组成，三者分工明确。
首先，联邦政府研究机构承担具有战略意义、颠覆性、跨时代的重大科研项目，经费由联邦政府负担，避免了因为高校和企业科研开发经费不足而“胎死腹中”的问题，保证了国家级战略科研项目的安全性和持续性，并利用联邦政府的背景，与大学、企业形成紧密合作网络。
其次，扎实的基础研究工作由高水平大学承担，充足的研发投入推动关键核心技术攻关取得突破。研究生教育保证大学研究成果和参与学生同时进入市场，也确保了基础研究到产业化的过程中时刻有创新力的加入。美国高校倡导“企业家精神”“创业精神”，培养兼具科学精神和创业精神的学生。高水平大学的学术交流传统促进了成果的转移和扩散，完善的政策体系让科研人员没有专利所属权的后顾之忧。
最后，新型研发机构、企业实验室等承担了行业关键核心技术和科技成果转移转化的工作。美国在国家层面建设了一批面向各领域的创新研究院和新型研发机构，面向行业共性需求研发关键共性技术。企业则是科技成果转移转化的重要主体，美国数量众多的科技龙头企业和企业实验室通过与大学、科研机构联合研发或自主开发的方式，推动科技成果快速转化为面向市场需求的产品。
美国将军事科技需求作为国家科技发展的主要方向，拥有一套规模大、体系完整、科研能力强的国防科技创新体系。军事科研力量以政府资助为主导，包括国防部、能源部、美国航空航天局下属的几十个实验室和研发中心，围绕国防安全需求，吸收多所顶级高校的前沿学术成果，邀请众多军工企业参与，共同开展军事技术和设备的研发。这一方面为美国在军事上持续掌握绝对技术优势和占领战略制高点奠定了基础；另一方面，国防科研“国家队”带动了大量的基础研究、应用研究、技术开发、人才培养和军事成果“军转民”。