中国科学院共获2016年度国家科学技术奖励26项（人）。物理所赵忠贤院士获最高科学技术奖，中科院作为第一完成人或完成单位，获自然科学奖一等奖1项，自然科学奖二等奖12项；技术发明奖一等奖1项，技术发明奖二等奖3项；科技进步奖一等奖1项，科技进步奖二等奖5项。
其中高能物理研究所王贻芳院士牵头完成的“大亚湾反应堆中微子实验发现的中微子振荡新模式”获国家自然科学一等奖，光电技术研究所牵头完成的项目获技术发明一等奖（专用项目），高能物理研究所牵头完成的“北京正负电子对撞机重大改造工程”获科学技术进步一等奖。中科院推荐的德国比勒菲尔德大学教授凯瑟琳娜·科瑟-赫英郝斯和美国威斯康星大学教授约翰·库茨巴赫获国际科学技术合作奖。
中科院获2016年度国家科技奖三大奖项目（不含专用项目）列表如下：
1. 大亚湾反应堆中微子实验发现的中微子振荡新模式，高能物理研究所，自然科学一等奖。
2. 重离子碰撞中的反物质探测与夸克物质的强子谱学与集体性质研究，上海应用物理研究所，自然科学二等奖。
3. 磁电演生新材料及高压调控的量子序，物理研究所，自然科学二等奖。
4. 高效不对称碳-碳键构筑若干新方法的研究，上海有机化学研究所，自然科学二等奖。
5. 生物分子界面作用过程的机制、调控及生物分析应用研究，上海应用物理研究所，自然科学二等奖。
6. 氧基簇合物的设计合成与组装策略，福建物质结构研究所，自然科学二等奖。
7. 有机场效应晶体管基本物理化学问题的研究，化学研究所，自然科学二等奖。
8. 亚洲季风变迁与全球气候的联系，地球环境研究所，自然科学二等奖。
9. 猪日粮功能性氨基酸代谢与生理功能调控机制研究，亚热带农业生态研究所，自然科学二等奖。
10. 氧化物阻变存储器机理与性能调控，微电子研究所，自然科学二等奖。
11. 复杂动态网络的同步、控制与识别理论与方法，数学与系统科学研究院，自然科学二等奖。
12. 纳米结构单元的宏量制备与宏观尺度组装体的功能化研究，中国科学技术大学，自然科学二等奖。
13. 新型核能系统的中子输运理论与高效利用方法，合肥物质科学研究院，自然科学二等奖。
14. 强韧与润滑一体化碳基薄膜关键技术与工程应用，兰州化学物理研究所，技术发明奖二等奖。
15. 复现高超声速飞行条件激波风洞实验技术，力学研究所，技术发明奖二等奖。
16. 北京正负电子对撞机重大改造工程，高能物理研究所，科学技术进步奖一等奖。
17. 阿维菌素的微生物高效合成及其生物制造，微生物研究所，科学技术进步奖二等奖。
18. 三江源区草地生态恢复及可持续管理技术创新和应用，西北高原生物研究所，科学技术进步奖二等奖。
19. 国际化导向的中药整体质量标准体系创建与应用，上海药物研究所，科学技术进步奖二等奖。
20. 国产陆地卫星定量遥感关键技术及应用，遥感与数字地球研究所，科学技术进步奖二等奖。