В этот период возникают оперные театры в некоторых губернских городах, с помощью богатых меценатов создаются частные оперы, среди которых широкую известность получила Московская частная русская опера. Она была основана в 1885 г. на деньги С.И. Мамонтова. На сцене этой оперы раскрылся талант Федора Ивановича Шаляпина (1873—1938) и композитора Н.А. Римского-Корсакова. Опера просуществовала до осени 1904 г. С.И. Мамонтов также финансировал создание художественных мастерских по развитию народных ремесел, помогал изданию альбомов по искусству.
Среди выдающихся русских актеров второй половины XIX в. особо выделяются М.Н. Ермолова, В.Ф. Комиссаржевская, Ф.И. Шаляпин. Творчество каждого из них оказалось целой эпохой в истории русского театра.
Наука. Во второй половине XIX в. русская наука добилась успехов. Крупными научными центрами являлись Академия наук, университеты, многочисленные научные общества (Русское географическое общество, Русское химическое, Русское астрономическое, Русское техническое и др.) Заметным явлением в научной жизни становятся съезды специалистов (естествоиспытателей, медицинские «Пироговские» и др.). К концу века в Империи выходило около 500 специальных и научных изданий (к началу 50-х гг. их было около 60).
1860—1870-е гг. принято называть «золотым веком» русской химии. Выдающийся вклад в мировую науку внес Александр Михайлович Бутлеров (1828—1886), проводящий работы в области изучения химического состава и строения органических тел. Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907) своими будущими успехами был во многом обязан образованию, которое получил на отделении естественных наук физико-математического факультета Главного педагогического института в Петербурге. Менделеев окончил институтский курс с золотой медалью, а в 1856 г. защитил в Петербургском университете магистерскую диссертацию. Со следующего года он был приглашен туда в качестве доцента, чтобы прочитать курс органической химии. Около трех лет провел в командировке в Гейдельберге, славившемся университетом. В поездке познакомился с Александром Порфирьевичем Бородиным, композитором и одновременно профессором химии, и с физиологом Иваном Михайловичем Сеченовым. По возвращении в Россию начал читать курс неорганической химии и, обнаружив, что не может найти ни одного пособия, подходящего для самостоятельной работы студентов, он начал писать свое собственное сочинение «Основы химии», вошедшее в ряд классических трудов по этому предмету. В 1864—1865 гг. Менделеев был профессором Петербургского технологического института, а после защиты докторской диссертации на тему «О соединении спирта с водой» получил должность профессора Петербургского университета. Открытие Периодического закона принесло ему всемирную славу. Официальная датировка открытия – 1 марта 1869 г., когда было завершено составление таблицы элементов, расположенных по принципу возрастания их атомных весов. Заслуга Менделеева заключается не только в точной систематизации, которая позднее подверглась несущественным уточнениям, но и в гениальном расчете, позволившем ему предсказать существование и свойства неизвестных в то время химических элементов.
Д.И. Менделеева отличала и принципиальная гражданская позиция. В 1890 г., во время студенческих волнений, он передал министру просвещения И.Д. Делянову петицию от студентов с требованием университетской автономии, но тот возвратил ее назад. Тогда Менделеев подал прошение об отставке и поступил на службу консультантом научно-технической лаборатории Морского министерства. Вскоре он изобрел новый вид бездымного пороха и занялся организацией его производства. В 1892 г. его назначили на ответственную должность ученого хранителя Депо образцовых гирь и весов, которая под его руководством была преобразована в Главную палату мер и весов и стала крупным исследовательским центром. Ее директором Менделеев оставался до конца жизни.
Европейской известностью пользовались русские математики: Пафнутий Львович Чебышев (1821—1894), заложивший начало петербургской математической школы; Александр Михайлович Ляпунов (1857—1918); Андрей Андреевич Марков (1856—1922); Софья Васильевна Ковалевская (1850—1891), избранная в 1889 г. членом-корреспондентом Петербургской Академии наук. В области физики успешно работал Александр Григорьевич Столетов (1839—1896), занимавшийся изучением фотоэлектрических явлений.