Chiến lược đã đặt ra những mục tiêu cụ thể như: phấn đấu tăng tổng đầu tư xã hội cho KH&CN đạt 1,5% GDP vào năm 2015 và trên 2% GDP vào năm 2020; bảo đảm mức đầu tư từ ngân sách nhà nước cho KH&CN không dưới 2% tổng chi ngân sách nhà nước hàng năm; giá trị giao dịch của thị trường KH&CN tăng trung bình 15-17%/năm; tốc độ đổi mới công nghệ, thiết bị đạt 10-15% giai đoạn 2011-2015 và trên 20% giai đoạn 2016-2020; đến năm 2015, số cán bộ nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ đạt 9-10 người/10.000 dân; đào tạo và sát hạch theo chuẩn quốc tế 5.000 kỹ sư đủ năng lực tham gia quản lý, điều hành dây chuyền sản xuất công nghệ cao trong các ngành, lĩnh vực ưu tiên phát triển của đất nước.
Đến năm 2020, hình thành 60 tổ chức nghiên cứu cơ bản và ứng dụng đạt trình độ khu vực và thế giới, đủ năng lực giải quyết những vấn đề trọng yếu quốc gia đặt ra đối với KH&CN; 5.000 doanh nghiệp KH&CN; 60 cơ sở ươm tạo công nghệ cao, ươm tạo doanh nghiệp công nghệ cao.
Về định hướng nhiệm vụ phát triển KH&CN, chiến lược nêu rõ, thời gian tới sẽ tiếp tục đổi mới cơ bản, toàn diện và đồng bộ tổ chức, cơ chế quản lý, cơ chế hoạt động KH&CN. Về tổ chức KH&CN, tái cấu trúc và quy hoạch lại hệ thống tổ chức KH&CN quốc gia theo hướng có trọng tâm, trọng điểm, tránh dàn trải, trùng lặp và phù hợp với chiến lược phát triển kinh tế-xã hội của đất nước, các ngành, lĩnh vực và vùng kinh tế; Tập trung đầu tư phát triển Viện KH&CN Việt Nam, Viện Khoa học xã hội Việt Nam trở thành hai tổ chức KH&CN hàng đầu quốc gia và ASEAN; Nâng cao năng lực của các trường đại học về nghiên cứu cơ bản; Xây dựng tại mỗi vùng kinh tế trọng điểm ít nhất một tổ chức KH&CN mạnh gắn với tiềm năng, lợi thế của vùng, liên kết chặt chẽ với các trường đại học để đào tạo nhân lực, thực hiện nhiệm vụ KH&CN; Khuyến khích, hỗ trợ hình thành, phát triển các tổ chức nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ trong doanh nghiệp, đặc biệt là các tập đoàn kinh tế, phát triển các cơ sở ươm tạo công nghệ, ươm tạo doanh nghiệpKH&CN; Phát triển mạnh doanh nghiệp KH&CN, chủ yếu từ các trường đại học, viện nghiên cứu.
Về cơ chế hoạt động KH&CN, sẽ triển khai mô hình hợp tác công-tư trong lĩnh vực KH&CN; phát triển các hình thức hợp tác nghiên cứu, đổi mới công nghệ, đào tạo phát triển nguồn nhân lực giữa khu vực công và tư; chuyển cơ chế cấp phát tài chính để thực hiện các nhiệm vụ KH&CN sang cơ chế quỹ; triển khai nhanh chóng và đồng bộ hệ thống các quỹ KH&CN sang cơ chế quỹ; triển khai nhanh chóng và đồng bộ hệ thống các quỹ KH&CN bao gồm các quỹ quốc gia, bộ, ngành, địa phương và doanh nghiệp; chuyển các tổ chức KH&CN công lập sang cơ chế tự chủ, tự chịu trách nhiệm theo quy định của pháp luật; thực hiện nghiên cứu ứng dụng KH&CN theo đặt hàng của Chính phủ, các bộ, chính quyền địa phương, các doanh nghiệp và tổ chức khác.
Chiến lược cũng đề cập tới việc phát triển đồng bộ khoa học xã hội và nhân văn, khoa học tự nhiên và các hướng công nghệ ưu tiên (gồm công nghệ thông tin và truyền thông, công nghệ sinh học, công nghệ vật liệu mới, công nghệ chế tạo máy-tự động hóa và công nghệ môi trường).
Chiến lược cũng đưa ra các giải pháp chủ yếu để thực hiện như tập trung nguồn lực để thực hiện các chương trình, đề án KH&CN quốc gia và nâng cao năng lực KH&CN quốc gia; đổi mới cơ chế sử dụng kinh phí nhà nước cho KH&CN, huy động các nguồn lực xã hội cho KH&CN; xây dựng đồng bộ chính sách thu hút, sử dụng cán bộ KH&CN; phát triển thị trường KH&CN…