ญี่ปุ่นเป็นประเทศแนวหน้าในการวิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์โดยมีภาคเอกชนเป็นผู้ลงทุนหลัก ญี่ปุ่นมีจำนวนการขอสิทธิบัตรเป็นอันดับต้น ๆ ของโลก และจากการสำรวจของโออีซีดีพบว่าใน พ.ศ. 2547 ญี่ปุ่นมีจำนวนสิทธิบัตรต่อจำนวนประชากรสูงที่สุดในโลก ตัวอย่างของผลงานทางเทคโนโลยีของญี่ปุ่นที่สำคัญ ได้แก่อิเล็กทรอนิกส์ รถยนต์ เครื่องจักร วิศวกรรมด้านแผ่นดินไหว หุ่นยนต์ในอุตสาหกรรม สารเคมี สารกึ่งตัวนำ และเหล็ก เป็นต้น ญี่ปุ่นเป็นผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ที่สุดในโลก เป็นประเทศต้นกำเนิดของบริษัทผู้ผลิตรถยนต์ 6 บริษัทจากผู้ผลิต 15 บริษัทที่ใหญ่ที่สุด และผู้ผลิตสารกึ่งตัวนำ 7 บริษัทจาก 20 บริษัทที่ใหญ่ที่สุด ญี่ปุ่นใช้ระบบอัตโนมัติในการผลิตมากที่สุดในโลก และเป็นผู้นำในการผลิตและใช้งานหุ่นยนต์ในอุตสาหกรรมการผลิต โดยมีอัตราการใช้หุ่นยนต์ต่อจำนวนแรงงานคนสูงที่สุดในโลก ญี่ปุ่นยังเป็นผู้ผลิตหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ เช่น QRIO และอาซิโมอีกด้วย

            ญี่ปุ่นยังเป็นหนึ่งในผู้นำในการพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับสิ่งแวดล้อม รถยนต์ไฮบริดของฮอนด้าและโตโยต้าเป็นที่ยอมรับว่าประหยัดพลังงานมากที่สุดและปล่อยควันเสียน้อยที่สุด  ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าของเทคโนโลยีระบบไฮบริด เชื้อเพลิงชีวภาพ การใช้วัสดุที่มีน้ำหนักเบาลง และการออกแบบที่ดีขึ้น ญี่ปุ่นมีจำนวนสิทธิบัตรในด้านเซลล์เชื้อเพลิงเป็นอันดับหนึ่งของโลก และเคยเป็นประเทศผู้ผลิตเซลล์สุริยะและกังหันลมผลิตไฟฟ้ารายใหญ่ของโลก แต่เนื่องจากขาดการสนับสนุนจากรัฐทำให้จำนวนการนำไปใช้จริงน้อยกว่าประเทศแถบยุโรป เช่นเยอรมนี

           องค์การสำรวจอวกาศญี่ปุ่นเป็นหน่วยงานวิจัยและพัฒนางานด้านอวกาศ สังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์และจักรวาลวิทยาของญี่ปุ่น และเป็นหนึ่งในสมาชิกของโครงการความร่วมมือการสร้างสถานีอวกาศนานาชาติและโมดูลสำหรับทดลองของญี่ปุ่น (คิโบ) มีกำหนดที่จะส่งขึ้นไปเพื่อต่อกับสถานีอวกาศนานาชาติในการขนด้วยกระสวยอวกาศใน พ.ศ. 2552