吴国盛长期从事科学史与科学哲学研究，在科学思想史领域特别是在科学编史学（主编《科学思想史指南》）、自然概念史（专著《自然的退隐》）、时间概念史（专著《时间的观念》）和空间概念史（专著《希腊空间概念的发展》）研究方面，有独到而艰深的理论建树，居国内先进水平，1997年被破格晋升为研究员，成为中国社会科学院最年轻的研究员。1995年师从中国社会科学院哲学研究所叶秀山教授在职攻读西方哲学，1998年毕业并获哲学博士学位。1999年4月9日离开中国社会科学院，回到北京大学哲学系任教。

在传播科技知识方面产生重大社会效益的成果，是他的科学史普及著作《科学的历程》（湖南科技出版社1995年出版）。该书着眼弘扬科学精神，思想脉络清晰，文笔清新流畅，受到专家和各界读者的好评，出版后社会影响极大。当时的中科院院长、现任中国科协主席周光召院士为之作序，称它“将有助于广大读者开阔眼界，加深对科学的认识”；著名数学家扬乐院士称“它对于普及科学史与传播科学思想和精神会起到很好的作用”；著名天文学家王绶官院士称“这是一本成功的著作”；著名生物学家谈家桢院士称“这是一本成功的科学史著作，作者在这方面具有很深的造诣，对许多科学史问题有自己的见解”；著名科学史家席泽宗院士称“本书写得有声有色，既有深刻的理论分析，又有激情的描绘，雅俗共赏，畅晓易懂，可读性极强。”包括《人民日报》、《光明日报》、《科技日报》和中央电视台在内的数十家新闻媒体，发表了上百篇（次）报道和评论。在不到两年的时间内，重印7次，发行量近10万册，被认为带动和掀起了95年以来的新科普出版热潮，为传播科学精神、普及科学知识做出了较大的贡献。该书被中宣部评为1996年度“五个一工程”一本好书奖，也获得了第一届（1997）胡绳奖（中国青年社会科学最高奖）。

基于自己在科学哲学方面的素养和成就，吴国盛一直致力于促进公众理解科学院的工作。90年代以来，他先后主编了《科学思想文库》（四川教育出版社1994年出版）、《科学观念丛书》（中国社会科学出版社1996年出版）、《绿色经典文库》（吉林人民出版社1997年出版）三套丛书，积极参与科学启蒙和绿色启蒙工作。

吴国盛一贯热爱祖国、热爱社会主义，拥护党的改革开放政策。他未受出国热和下海经商热的影响，在清贫的物质生活条件下，埋头读书、勤奋写作、安心治学，把自己的全部时间和精力用于科学研究，表现了一个真正学者的敬业精神他善于独立思考，不人云亦云，写作著文讲求有新意、有自己的见解；他治学严谨，读书很多，所以知识面广，视野宽阔。《科学的历程》取得这样大的社会影响，与他的学术功底和治学精神是分不开的。