Крупнейшими учеными средневекового Востока были: Мухаммед ибн Муса аль-Хорезми (9 в.), Абу аль-Марвази аль-Хабаш аль-Хасиб (8—9 вв.), Мукаддаси (10 в.), Абу Рейхан Мухаммед Бируни (10—11 вв.), ан-Несеви (11 в.), аль-Хазани (12 в.). Со средневековыми городами Т. связаны имена Ибн Сины (10—11 вв.), Махмуда Кашгари (11 в.), Омара Хайяма (11—12 вв.), Абу Садас-Самани, аль-Джурджани (12 в.), Якута (12—13 вв.), Мухаммеда аль-Джагмини (13 в.), Кази-заде ар-Руми (14—15 вв.). Период 9—13 вв. отмечен значительными техническими достижениями в градостроительстве, совершенствованием керамического производства (использовались глазури, люстровая керамика, «кашин» — силикатная гончарная масса), широким изготовлением цветного стекла. Города Северного Хорасана (Мерв, Данданкан, Ниса и др.) славились выработкой высокосортных шёлковых, льняных и хлопчатобумажных тканей, ковров.
Монгольское нашествие (с начала 13 в.), феодальные междоусобицы, борьба между соседними государствами за обладание территорией Т. сопровождались уничтожением многих культурных ценностей, разрушением городов, упадком орошаемого земледелия и ремёсел. В 18 — 1-й половине 19 вв. началось изучение Т. русскими исследователями: экспедиции А. Бековича-Черкасского (1714—15), гидрографические исследования Ф. И. Соймонова (1719—20 и 1724—27), путешествия Н. Н. Муравьева (1819—20), Э. И. Эйхвальда (1825), Г. С. Карелина (1836) и др. Во 2-й половине 19 в. под руководством и по программам Русского географического общества территорию Т. исследовали И. Г. Борщов, Н. М. Книпович, Ф. Г. Кошкуль, А. Д. Малома, Г. И. Радде, Г. И. Сивере, И. И. Стебницкий, П. М. Лессар.
В 80-х гг. 19 в., после присоединения всего Т. к России, началось строительство железной дороги, которое имело важное значение для всестороннего изучения природы Т. Географические, геологические, почвенные, ботанические и другие исследования велись силами экспедиций и отдельными энтузиастами-учёными, горными инженерами, в том числе И. В. Мушкетовым, В. А. Обручевым, К. И. Богдановичем, Н. И. Андрусовым, В. Н. Вебером, А. П. Ивановым, К. П. Калицким, А. Д. Нацким, А. Д. Архангельским и др.
В конце 19 в. проводились большие изыскательские работы для пропуска вод Амударьи по Западному Узбою в Каспий (А. И. Глуховский, 1879—83). В начале 20 в. в связи с ростом потребности в орошаемых землях для развивающегося хлопководства возникли проекты орошения Ю.-В. Т. с подачей воды по Келифскому Узбою. Велись ботанические (Н. В. Андросов, А. А. Антонов, В. Д. Комаров С. И. Коржинский, В. И. Липский, Д. И. Литвинов, Г. И. Радде, Б. А. и О. А. Федченко и др.) и почвенно-ботанические обследования территории Т. (М. Н. Воскресенский, Н. А. Димо, С. С. Неуструев, В. В. Никитин, Б. Б. Полынов, Б. Х. Шлегель), работы по фитомелиорации и искусственному лесоразведению (Д. А. Морозов, В. А. Палецкий). Исследовалась фауна Закаспия (К. О. Ангер, Л. С. Берг, С. И. Билькевич, П. А. Варенцов, Д. К. Глазунов, Н. А. Зарудный, Г. В. Лоудон, А. М. Никольский и др.); были составлены описания некоторых видов домашних животных: ахалтекинской и иомудской пород лошадей, овец, верблюдов (М. С. Карпов, С. К. Понятовский и др.). Во 2-й половине 19 в. для изучения условий ирригации появились первые научные учреждения на территории Т.: метеорологические, гидрометрические станции и посты. В целях озеленения и защиты оазисов и железных дорог от песчаных заносов были созданы лесные питомники в Кизыл-Арвате и Казанджике, Мургабском имении в Байрам-Али, в районе Фараба, Багирский и Хейрабадский. В 1892 близ Асхабада открылась школа садоводства — первое научное и специальное учебное заведение, при котором создан лесной питомник. В 1892—93 в Асхабаде организована акклиматизационная ботаническая станция, в 1898 — музей по пескоукреплению Закаспийской железной дороги и Асхабадское опытное поле, в 1899 открылся Закаспийский областной музей, ставший центром научно-просветительской работы и базой для экспедиций; в 1912 — Репетекская песчано-пустынная станция (для изучения динамики природных явлений пустынь); в 1914 — метеорологическая станция.
Развитие естественных и технических наук после Октябрьской революции (до 1946). После установления Советской власти в Т. началось изучение природных богатств, создание на их основе промышленности, развитие сельского хозяйства, формирование местных и национальных научных кадров. Экспедиции АН СССР А. Е. Ферсмана и Д. И. Щербакова (1925, 1926) открыли залежи самородной серы в Центральных Каракумах; Е. Н. Павловского (1928) — исследовали очаги паразитарных заболеваний. С. П. Костычев (1929) изучал фотосинтез хлопчатника. Туркменская комплексная экспедиция АН СССР (1929) собрала ценный материал, который был использован при составлении плана экономического переустройства животноводства Т.
В 1928 научным центром стал институт туркменской культуры. В 1929 была создана Туркменская комиссия АН СССР. В 1929 основной Туркменский ботанический сад в Ашхабаде, на базе естественно-технического отдела которого были созданы Ботанический институт (1930), институт растениеводства (1932). В 20-х гг. проводились научно-технические изыскания по переброске вод Амударьи по Келифскому Узбою (Ф. П. Моргуненков и др.). В 1925 в Мургабском оазисе начала работать Иолотская опытная станция по выведению тонковолокнистых сортов хлопчатника. В 1927—29 открылись Ашхабадская с.-х. опытная станция, Туркменская опытная станция Всесоюзного института растениеводства в Кара-Кала (1930), научно-исследовательский рыбохозяйственная станция в Красноводске. С 1929 в Т. начал работать филиал Всесоюзного института кормов, позже — Туркменская опытная станция по животноводству, а затем — Туркменский НИИ животноводства и ветеринарии министерства сельского хозяйства Туркменской ССР. В 1927—29 возникли НИИ неврологии и физиотерапии; социальной гигиены; микробиологии и эпидемиологии и др.
В 1933 в Ленинграде состоялась научно конференция по изучению производительных сил Т., рекомендации которой имели важное значение для развития народного хозяйства, науки и культуры Т. В 30-е гг. Каракалпакская экспедиция АН СССР проводила комплексные исследования Т.: И. П. Герасимов (палеогеография- и геоморфология), Б. А. Федорович, С. Ю. Геллер, А. С. Кесь (геоморфология, почвоведение, палеогеография), П. И. Калугин, В. Н. Кунин (гидрология и гидрогеология), И. М. Губкин, А. Е. Ферсман, Д. И. Щербаков (геология, полезные ископаемые), М. П. Петров, М. Г. Попов, В. В. Никитин (ботаника), М. К. Лаптев (зоология) и др. Был составлен ряд общегеографических, климатических, почвенных, геоботанических, геоморфологических и др. специальных карт. Началась промышленная эксплуатация нефтяных месторождений Небит-Дага (с 1932), использование солей Кара-Богаз-Гола (с 1929), йодобромных вод Челекена (с 1932).
В 30-е гг. были созданы Туркменский с.-х. институт им. М. И. Калинина, Трахоматозный институт, институт кожных и венерических болезней, институт тропических болезней, ряд опытных растениеводческих, зоологических, животноводческих и ветеринарных станций и опытных полей. В 1937 был образован Комитет по делам наук; в 1938 — Туркменское геологическое управление. В 1941 организован Туркменский филиал АН СССР, первым председателем которого стал Б. А. Келлер.
В годы Великой Отечественной войны 1941—45 научные исследования имели в основном поисковое направление (нефть, газ, полиметаллы, руды и др.). Изучались вопросы освоения минерального сырья, а также проблемы гидрогеологии, водоснабжения, организации отгонно-пастбищного содержания скота, использования массивов земель нового орошения и т.д. Значительную помощь научным учреждениям Т. оказали сотрудники эвакуированных сюда Московского и Одесского университетов, Сочинского бальнеологического института. С участием специалистов, временно эвакуированных в Т., развивались исследования по физике, химии, агрохимии, биохимии (Я. И. Герасимов, А. Ф. Иоффе, М. З. Латинская, А. С. Предводителев и др.). В 1941 в системе Туркменского филиала АН СССР созданы институт геологии и Биологический институт (в 1944 на его основе возник Зоолого-зоотехнический институт, преобразованный в 1951 в институт животноводства); в 1944 — Физико-технический институт. В 1941 организован Бадхызский заповедник.