2003年12月20日，国务院令第396号《国务院关于修改〈国家科学技术奖励条例〉的决定》第一次修订。

2008年3月28日，国务院决定将《国家科学技术奖励条例》第十三条第二款修改为：“国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科学技术进步奖分为一等奖、二等奖2个等级；对做出特别重大科学发现或者技术发明的公民，对完成具有特别重大意义的科学技术工程、计划、项目等做出突出贡献的公民、组织，可以授予特等奖。”

2013年7月18日，国务院令第638号《国务院关于废止和修改部分行政法规的决定》第二次修订。

2016年，党中央、国务院印发《国家创新驱动发展战略纲要》，改革国家科技奖励制度，优化结构、减少数量、提高质量，逐步由申报制改为提名制，强化对人的激励。

2017年5月，国务院办公厅发布《关于深化科技奖励制度改革的方案》（以下简称《改革方案》），改革关键词“提高质量、减少数量、优化结构、规范程序”。

2019年，《国家科学技术奖励条例》修订列入国务院立法工作计划。

2020年1月10日，中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。其中，国家自然科学奖46项，其中一等奖1项、二等奖45项；10月7日，国家科学技术奖励条例（国务院令第731号第三次修订），自2020年12月1日起施行。

2021年11月3日，2020年度国家科学技术奖励大会在京召开。46项原创成果获国家自然科学奖，其中，一等奖继2017年度之后再次产生“双子星”，中国科学院大连化学物理研究所包信和院士团队、复旦大学赵东元院士团队双双折桂。

2024年4月8日，2023年度国家科学技术奖初评工作结束，初评通过的59项国家自然科学奖项目；5月26日，《国务院关于修改〈国家科学技术奖励条例〉的决定》第四次修订；6月24日，《中共中央、国务院关于2023年度国家科学技术奖励的决定》发布，党中央、国务院批准，授予“拓扑电子材料计算预测”国家自然科学奖一等奖，授予“三维流形的有限复叠”等48项科技成果国家自然科学奖二等奖。

国家自然科学奖分为一等奖、二等奖2个等级；对做出特别重大科学发现或者技术发明的公民，对完成具有特别重大意义的科学技术工程、计划、项目等做出突出贡献的公民、组织，可以授予特等奖。国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科学技术进步奖每年奖励项目总数不超过400项。

国家自然科学奖由国务院颁发证书和奖金。国家自然科学奖的奖金数额由国务院科学技术行政部门会同财政部门规定。

国家自然科学奖候选人应当是推荐书附件提交的8篇代表性论文或专著的主要作者，并具备下列条件之一：

（1）提出总体学术思想、研究方案；

（2）发现重要科学现象、特性和规律，并阐明科学理论和学说；

（3）提出研究方法和手段，解决关键性学术疑难问题或者实验技术难点，以及对重要基础数据的系统收集和综合分析等。

（1）前人尚未发现或者尚未阐明：该项自然科学发现为国内外首次提出，或者其科学理论在国内外首次阐明，且主要论著为国内外首次发表。

（2）具有重大科学价值：该发现在科学理论、学说上有创见，或者在研究方法、手段上有创新；对于推动学科发展有重大意义，或者对于经济建设和社会发展具有重要影响。

（3）得到国内外自然科学界公认：主要论著已在国内外公开发行的学术刊物上发表或者作为学术专著出版三年以上，其重要科学结论已为国内外同行在重要国际学术会议、公开发行的学术刊物，尤其是重要学术刊物以及学术专著所正面引用或者应用。

是否属于科学发现：指该项科学发现是否为国内外首次提出，或其科学理论在国内外首次阐明。属于首先发现或首先阐明1分，不属于首先发现或首先阐明0分。

2000-2004目录如下

2005年二等奖（无一等奖）

2006年一等奖

2006年二等奖

2007年二等奖（无一等奖）

2008年二等奖（无一等奖）

2009年一等奖

2009年二等奖

2010年二等奖

二等奖（无一等奖）

2012年二等奖（无一等奖）

2013年一等奖

二等奖

一等奖

二等奖

一等奖

二等奖

一等奖

二等奖

非“双一流”高校获奖情况如下：

一等奖汇总目录

从2000年开始，国家自然科学奖的获奖项目如下：

反映国家科技原始创新能力的国家自然科学奖和国家技术发明奖，无论从获奖项目的总数还是质量都有了显著的提高。这些项目或者在科学理论、技术原理方面，或者在关键技术和系统集成方面有明显的创新，基础研究成果具有重大的科学价值，应用技术成果得到较大范围的推广应用，对推动国民经济建设、保障国家安全和促进行业科技进步具有重要的作用。（国家科技奖励工作办公室 评）