Israel là quốc gia dẫn đầu về nghiên cứu khoa học, đặc biệt là trong khoa học tự nhiên, kỹ thuật, và khoa học y tế, chúng cũng là một trong các lĩnh vực phát triển nhất tại Israel. Israel xếp hạng năm trong số các quốc gia sáng tạo nhất theo Chỉ số sáng tạo Bloomberg 2015. Tỷ lệ người Israel tham gia nghiên cứu khoa học, và số tiền chi cho nghiên cứu và phát triển so với GDP, đều nằm vào hàng cao nhất trên thế giới. Israel có số lượng cao nhất về tỷ lệ các nhà khoa học, nhà kỹ thuật, và kỹ sư trên thế giới, với 140/10.000 người lao động. Trong khi đó, con số này là 85/10.000 tại Hoa Kỳ và 83/10.000 tại Nhật Bản.Các trường đại học tại Israel được xếp hạng trong số 100 đại học hàng đầu thế giới về toán học (Đại học Hebrew, TAU và Technion), vật lý (TAU, Đại học Hebrew và Học viện Khoa học Weizmann), hóa học (Technion và Học viện Khoa học Weizmann), khoa học máy tính (Học viện Khoa học Weizmann, Technion, Đại học Hebrew, TAU và BIU) và kinh tế (Đại học Hebrew và TAU). Israel có nhiều nhà khoa học đạt giải Nobel, và thường xuyên được xếp hạng là một trong các quốc gia có tỷ lệ bình quân cao nhất về các bài luận khoa học trên thế giới. Israel dẫn đầu thế giới về các bài luận nghiên cứu tế bào gốc từ năm 2000.Cơ quan Không gian Israel điều phối toàn bộ các chương trình nghiên cứu không gian của Israel với các mục tiêu khoa học và thương mại. Năm 2012, Israel được xếp hạng chín trên thế giới theo Chỉ số cạnh tranh không gian của Futron. Israel là một trong bảy quốc gia có năng lực sản xuất đồng thời phóng vệ tinh của mình. Shavit là một tên lửa đẩy không gian do Israel sản xuất để phóng các vệ tinh nhỏ vào quỹ đạo Trái Đất tầm thấp. Nó được phóng lần đầu vào năm 1988, biến Israel thành quốc gia thứ tám có năng lực phóng vệ tinh. Các tên lửa Shavit được Cơ quan Không gian Israel phóng từ sân bay vũ trụ tại Căn cứ Không quân Palmachim. Từ năm 1988, Israel Aerospace Industries đã thiết kế và chế tạo bản địa ít nhất 13 vệ tinh thương mại, nghiên cứu và do thám. Một số vệ tinh của Israel được xếp vào hàng các hệ thống vệ tinh tiến bộ nhất thế giới. Năm 2003, Ilan Ramon trở thành nhà du hành vũ trụ đầu tiên của Israel, song thiệt mạng khi Tàu con thoi Columbia của NASA bị vỡ.Israel nằm trong số các quốc gia dẫn dầu thế giới về kỹ thuật nước. Năm 2011, ngành kỹ thuật nước đạt giá trị khoảng 2 tỷ USD mỗi năm với lượng xuất khẩu sản phẩm và dịch vụ mỗi năm là hàng chục triệu USD. Do liên tục thiếu hụt tài nguyên nước, Israel có sáng kiến về các kỹ thuật bảo tồn nước, và một kỹ thuật hiện đại hóa nông nghiệp trọng yếu là tưới nhỏ giọt được phát minh tại Israel. Israel cũng ở vị trí hàng đầu về kỹ thuật khử muối và tuần hoàn nước. Nhà máy thẩm thấu ngược nước biển Ashkelon có quy mô hàng đầu thế giới. Israel tổ chức Triển lãm và Hội nghị Kỹ thuật Nước (WaTec) thường niên, thu hút hàng nghìn người từ khắp thế giới. Đến năm 2014, chương trình khử muối của Israel cung cấp khoảng 35% nước uống của Israel và được dự kiến cung cấp 70% vào năm 2050. Tính đến tháng 5 năm 2015, trên 50% nước cho các gia đình, nông nghiệp và công nghiệp Israel được sản xuất nhân tạo. Do các sáng kiến về kỹ thuật thẩm thấu ngược, Israel bắt đầu trở thành một nước xuất khẩu ròng về nước trong những năm tới.