2020年9月，2021年科學突破獎公布，3位科學家獲得了科學突破獎生命科學獎，1位科學家獲得科學突破獎數學獎，3位科學家獲得突破獎基礎物理學獎，此外，新視野數學獎由4位科學家獲得，新視野物理學獎由9位科學家獲得，還有3位科學家獲得了瑪麗亞姆·米爾扎哈尼新前沿獎。突破獎每個項目獎金金額為300萬美元，新視野獎獎金金額為10萬美元，瑪麗亞姆·米爾扎哈尼新前沿獎獎金金額為5萬美元。
獲獎者：戴維·貝克（David Baker）
所在單位：華盛頓大學蛋白設計研究所、霍華德·休斯醫學院
獲獎理由：研發了一項新技術，能夠設計在自然界中從未見過的蛋白，包括一些對于人類疾病具有干預性治療潛力的新型蛋白。
獲獎者：卡特琳·迪拉克（Catherine Dulac）
所在單位：哈佛大學、霍華德·休斯醫學研究所
獲獎理由：在細胞及其連接水平上解析了復雜的養育行為，其研究證明兩性中均存在控制男性和女性特征性養育行為的神經通路。
獲獎者：盧煜明（Dennis Lo）
所在單位：香港中文大學
獲獎理由：發現在孕婦外周血中存在胎兒的DNA，能用于產前基因測試，判斷嬰兒是否患有21三體綜合征和其他基因疾病。
獲獎者：理查德·J·尤爾（Richard J. Youle）
所在單位：美國國立衛生研究院
獲獎理由：闡明了一條能有效清理受損線粒體的調控通路，能幫助預防帕金森病。
獲獎者：馬丁·海勒（Martin Hairer）
所在單位：帝國理工學院
獲獎理由：在隨機分析理論中做出了突破性貢獻，尤其是隨機偏微分方程中的正則性結構理論。
獲獎者：埃里克·阿德爾貝格爾（Eric Adelberger）、詹斯·岡拉克（Jens Gundlach）、布萊尼·赫克爾（Blayne Heckel）
所在單位：華盛頓大學
獲獎理由：通過精確的基礎測量驗證了我們對引力的理解，探索暗能量的本質，并確定了暗物質耦合的極限。
獲獎者：巴爾加瓦·巴特（Bhargav Bhatt）
所在單位：密歇根大學
獲獎理由：在交換代數和算術代數幾何領域，尤其是在p-進數上同調理論的發展中，做出了杰出貢獻。
獲獎者：亞歷山大·洛古諾夫（Aleksandr Logunov）
所在單位：普林斯頓大學
獲獎理由：開發了研究橢圓方程解法的新方法，該方法可用于解決節點幾何領域一些存在已久的難題。
獲獎者：孫崧（Song Sun）
所在單位：加利福尼亞大學伯克利分校
獲獎理由：在復雜微分幾何領域取得了一系列突破，包括卡勒-愛因斯坦度量的存在性定理，及其與模量問題、奇點之間的關系。
獲獎者：特蕾西·斯拉切爾（Tracy Slatyer）
所在單位：麻省理工學院
獲獎理由：在粒子天體物理學領域做出了重要貢獻，例如提出全新的暗物質模型，以及發現了“費米氣泡”。
獲獎者：魯文·埃西格（Rouven Essig）
所在單位：紐約州立大學石溪分校
獲獎者：雅維耶·蒂芬伯格（Javier Tiffenberg）
所在單位：費米實驗室
獲獎者：托梅·沃蘭斯基（Tomer Volansky）
所在單位：特拉維夫大學
獲獎者：于天田（Tien-Tien Yu）
所在單位：俄勒岡大學
獲獎理由：通過SENSEI實驗，推進了亞GeV（10億電子伏特）能級的暗物質探測。
獲獎者：艾哈邁德·阿姆黑利（Ahmed Almheiri）
所在單位：普林斯頓高等研究院
獲獎者：內塔·恩格爾哈特（Netta Engelhardt）
所在單位：麻省理工學院
獲獎者：亨利·馬克斯菲爾德（Henry Maxfield）
所在單位：加利福尼亞大學圣巴巴拉分校
獲獎者：杰夫·彭寧頓（Geoff Penington）
所在單位：加利福尼亞大學伯克利分校
獲獎理由：計算了黑洞及其輻射的量子信息內容。
獲獎者：妮娜·霍爾登（Nina Holden）
所在單位：蘇黎世聯邦理工學院（2018年在麻省理工學院獲得博士學位）
獲獎理由：對隨機幾何學做出了貢獻，尤其是闡明劉維爾量子引力限制了隨機三角化的縮放比例。
獲獎者：烏爾米拉·馬哈德夫（Urmila Mahadev）
所在單位：加州理工學院（2018年在加利福尼亞大學伯克利分校獲得博士學位）
獲獎理由：為校驗量子運算結果這一基本問題做出了貢獻。
獲獎者：麗薩·皮奇里洛（Lisa Piccirillo）
所在單位：麻省理工學院（2019年在得克薩斯大學奧斯汀分校獲得博士學位）
獲獎理由：為經典的康威紐結切片問題提供了解法，表明了康威紐結不是高維空間紐結的切片。
