截止至2014年，加州理工有33名校友或教授获得了34次诺贝尔奖（包括20位校友、14位非校友的教授，以及4位同时也是校友的教授，其中化学家鲍林获得两次诺贝尔奖：1954年化学奖和1962年和平奖）；47人获国家科学奖章；10人获国家技术奖章。现任教授中有63名国家科学院院士，29名国家工程院院士，75名国家文理学院院士。
莱纳斯·鲍林（Linus Pauling），PhD 1925，1954年诺贝尔化学奖得主，1962年诺贝尔和平奖得主。
赵忠尧(Chung-Yao Chao），PhD 1930，物理学家，中国核物理的奠基人。
钱学森(Tsien Hsue-shen），PhD 1939，空气动力学家，曾领导中国的导弹和火箭研制。
钱伟长（Wei-Chang Qian），1942，中国近代力学之父，中国政协副主席，著名教育家。
冯元桢(Yuan-Cheng Fung），PhD 1948，生物力学的奠基人。
林家翘(Chia-Chiao Lin），PhD 1944，力学和数学家，当代应用数学学派的领路人。
周培源(Pei-Yuan Chou），PhD 1928，理论物理学家、流体力学家。
戈登·摩尔(Gordon Moore），PhD 1954，英特尔公司的创办者之一，摩尔定律的创立者。
叶公杼(Lily Yeh Jan），PhD 1974，生物物理学家、美国国家科学院院士。
理查德·费曼(Richard Feynman），著名物理学家，1965年诺贝尔物理学奖得主。
马丁·施密特(Maarten Schmidt），天文学家，类星体的发现者。
谈家桢（C. C. Tan），PhD 1936，中国现代遗传学奠基人。
鲍文奎，PhD 1950，中国植物遗传学家。
法兰克·卡普拉(Frank Capra），BS 1918，奥斯卡最佳导演奖3次得主。
陈繁昌(Tony Chan），BS，MS，前加州大学洛杉机分校自然科学学院院长，现任香港科技大学校长。
20世纪中国科学技术方面的大师，例如物理学泰斗周培源教授，遗传学家谈家桢教授，都曾经在加州理工学院求学并且获得博士学位；享誉海内外的著名近代力学，应用数学奠基人钱伟长院士，曾在在加州理工学院随冯卡门教授做过博士后研究。中国著名科学家周培源、钱伟长、赵忠尧、钱学森、胡宁、郭永怀、孟昭英、谈家祯、唐有祺、沈善炯、郑哲敏、庄逢甘、肖健、李正武、罗霈霖、吴耀祖、白春礼等都是加州理工校友。
在中国科学家中，加州理工学院著名校友有钱学森。钱学森于1934年从交通大学机械工程系，考取清华大学公费留美学生，先后在麻省理工学院和加州理工学院航空工程系学习，获硕士及航空博士、数学博士学位；1938年起，钱学森担任理工航空系讲员、讲师、副教授、教授，并在校内的“喷气推进实验室”任主任、教授。1955年钱学森回国，为中国航空航天事业的创建和发展做出了不可磨灭的贡献。
钱伟长，完成在清华大学物理系，加拿大多伦多大学应用数学系学习，并获博士学位后。1942年至46 年任美国加州理工学院喷射推进研究所总工程师，师从世界导弹之父冯.卡门，从事博士后科学研究，并发表了世界上第一篇关于奇异摄动的理论，被国际上公认该领域的奠基人。抗日战争胜利后，他以“久离家园、怀念亲人”为由，取得回国权。1946年5月从洛杉矶搭货轮返上海，8月初又从上海搭轮船经秦皇岛回到北京清华园，担任清华大学机械系教授，兼北京大学、燕京大学教授。1948年受钱学森之邀准备去美国喷射推进研究所工作，但终因其拒绝放弃中国忠于美国，未获得签证未成行，期间他参与创建北京大学力学系——开创了中国大学里第一个力学专业；出版中国第一本《弹性力学》专著，开设了中国第一个力学研究班和力学师资培养班，该班学员大多成为中国从事力学研究和学的领军人物，为中国的机械工业、土木建筑、航空航天和军工事业建立了不朽的功勋，被公认为中国近代力学之父。
周培源，1924年秋从清华毕业后即被送往美国芝加哥大学数理系学习。1927年春入加州理工学院攻读研究生，做相对论方面的研究，于1928年春获理学博士学位，并获得了该校的最高荣誉奖。周培源是中国科技界的卓越领导人之一，近代力学事业的奠基人之一。
谈家桢，1930年进燕京大学在李汝祺教授门下攻读硕士学位，1934年夏赴美国加州理工学院摩尔根实验室，师从摩尔根及助手杜布赞斯基。1936年获哲学博士学位后留校任博士后研究助理。谈家桢从事遗传学教学和研究50多年，是国际上享有盛誉的著名遗传学家。
其他的还有中国著名的科学家如赵忠尧、孟昭英、胡宁、郭永怀、唐有祺、郑哲敏等都是加州理工学院的校友。在美国的时候，钱伟长、钱学森、郭永怀这几个人常说，将来我们一定要回去办一个比美国加州理工学院还要好的大学，让美国人到中国来留学，这个一直是缠绕在他们这批老科学家心中的一个梦想。
