2020年9月，2021年科学突破奖公布，3位科学家获得了科学突破奖生命科学奖，1位科学家获得科学突破奖数学奖，3位科学家获得突破奖基础物理学奖，此外，新视野数学奖由4位科学家获得，新视野物理学奖由9位科学家获得，还有3位科学家获得了玛丽亚姆·米尔扎哈尼新前沿奖。突破奖每个项目奖金金额为300万美元，新视野奖奖金金额为10万美元，玛丽亚姆·米尔扎哈尼新前沿奖奖金金额为5万美元。
获奖者：戴维·贝克（David Baker）
所在单位：华盛顿大学蛋白设计研究所、霍华德·休斯医学院
获奖理由：研发了一项新技术，能够设计在自然界中从未见过的蛋白，包括一些对于人类疾病具有干预性治疗潜力的新型蛋白。
获奖者：卡特琳·迪拉克（Catherine Dulac）
所在单位：哈佛大学、霍华德·休斯医学研究所
获奖理由：在细胞及其连接水平上解析了复杂的养育行为，其研究证明两性中均存在控制男性和女性特征性养育行为的神经通路。
获奖者：卢煜明（Dennis Lo）
所在单位：香港中文大学
获奖理由：发现在孕妇外周血中存在胎儿的DNA，能用于产前基因测试，判断婴儿是否患有21三体综合征和其他基因疾病。
获奖者：理查德·J·尤尔（Richard J. Youle）
所在单位：美国国立卫生研究院
获奖理由：阐明了一条能有效清理受损线粒体的调控通路，能帮助预防帕金森病。
获奖者：马丁·海勒（Martin Hairer）
所在单位：帝国理工学院
获奖理由：在随机分析理论中做出了突破性贡献，尤其是随机偏微分方程中的正则性结构理论。
获奖者：埃里克·阿德尔贝格尔（Eric Adelberger）、詹斯·冈拉克（Jens Gundlach）、布莱尼·赫克尔（Blayne Heckel）
所在单位：华盛顿大学
获奖理由：通过精确的基础测量验证了我们对引力的理解，探索暗能量的本质，并确定了暗物质耦合的极限。
获奖者：巴尔加瓦·巴特（Bhargav Bhatt）
所在单位：密歇根大学
获奖理由：在交换代数和算术代数几何领域，尤其是在p-进数上同调理论的发展中，做出了杰出贡献。
获奖者：亚历山大·洛古诺夫（Aleksandr Logunov）
所在单位：普林斯顿大学
获奖理由：开发了研究椭圆方程解法的新方法，该方法可用于解决节点几何领域一些存在已久的难题。
获奖者：孙崧（Song Sun）
所在单位：加利福尼亚大学伯克利分校
获奖理由：在复杂微分几何领域取得了一系列突破，包括卡勒-爱因斯坦度量的存在性定理，及其与模量问题、奇点之间的关系。
获奖者：特蕾西·斯拉切尔（Tracy Slatyer）
所在单位：麻省理工学院
获奖理由：在粒子天体物理学领域做出了重要贡献，例如提出全新的暗物质模型，以及发现了“费米气泡”。
获奖者：鲁文·埃西格（Rouven Essig）
所在单位：纽约州立大学石溪分校
获奖者：雅维耶·蒂芬伯格（Javier Tiffenberg）
所在单位：费米实验室
获奖者：托梅·沃兰斯基（Tomer Volansky）
所在单位：特拉维夫大学
获奖者：于天田（Tien-Tien Yu）
所在单位：俄勒冈大学
获奖理由：通过SENSEI实验，推进了亚GeV（10亿电子伏特）能级的暗物质探测。
获奖者：艾哈迈德·阿姆黑利（Ahmed Almheiri）
所在单位：普林斯顿高等研究院
获奖者：内塔·恩格尔哈特（Netta Engelhardt）
所在单位：麻省理工学院
获奖者：亨利·马克斯菲尔德（Henry Maxfield）
所在单位：加利福尼亚大学圣巴巴拉分校
获奖者：杰夫·彭宁顿（Geoff Penington）
所在单位：加利福尼亚大学伯克利分校
获奖理由：计算了黑洞及其辐射的量子信息内容。
获奖者：妮娜·霍尔登（Nina Holden）
所在单位：苏黎世联邦理工学院（2018年在麻省理工学院获得博士学位）
获奖理由：对随机几何学做出了贡献，尤其是阐明刘维尔量子引力限制了随机三角化的缩放比例。
获奖者：乌尔米拉·马哈德夫（Urmila Mahadev）
所在单位：加州理工学院（2018年在加利福尼亚大学伯克利分校获得博士学位）
获奖理由：为校验量子运算结果这一基本问题做出了贡献。
获奖者：丽萨·皮奇里洛（Lisa Piccirillo）
所在单位：麻省理工学院（2019年在得克萨斯大学奥斯汀分校获得博士学位）
获奖理由：为经典的康威纽结切片问题提供了解法，表明了康威纽结不是高维空间纽结的切片。
