19 мая 1918 г. Вернадский по приглашению группы украинских ученых во главе с историком Н. В. Василенко приехал из Полтавы в Киев для организации на Украине Академии наук. Ранее Вернадский занимался усовершенствованием академических учреждений в стране, улучшением постановки высшего образования в России, изучением опыта работы зарубежных академий, — поэтому его знания и опыт оказались как раз кстати при организации Академии наук на Украине.
Вернадский возглавил три основные организационные комиссии: Комиссию по созданию Украинской Академии наук (Комиссию по выработке законопроекта об основании Украинской Академии наук и ее устава), Временный комитет по основанию библиотеки при Украинской Академии наук и Комиссию по высшим учебным заведениям и ученым академическим учреждениям. К созданию Академии были привлечены А. Е. Крымский, Д. И. Багалей В. И. Липский и другие украинские ученые. Здесь Вернадский познакомился с натуралистом Б. Л. Личковым. 18 июня Вернадский пишет в дневнике: «В эти дни шла интенсивная работа и мысли, и деятельности, особенно в связи с высшей школой и Академией наук. Я как-то чувствую, что все глубже и сильнее я охватываю всю эту область жизни и получаю возможность проявления в ней своей воли и своей мысли».
9 июля 1918 г. Вернадский выступил при открытии Комиссии по созданию Украинской Академии наук о проекте ее устава. Его исходная позиция передается в его словах: «Академия наук, создаваемая в XX веке, не может строиться по уставам и типам старых академий». Нужно было искать новые, прогрессивные формы работы. Бурное развитие естествознания во второй половине XIX в. оказало сильное влияние на жизнь академий. При них начали создаваться научно-исследовательские институты. Если Прусская, Парижская, Баварская академии сохранили старинное устройство, то Российская Академия наук встала на новый путь, который Вернадский считал правильным и для Украинской Академии наук.
По мнению Вернадского, создаваемая на Украине Академия должна стать высшим, ведущим органом научной работы. Его появление продиктовано необходимостью быстрого развития производительных сил, подъема материальной и духовной культуры украинского народа.
Работавшие на Украине ученые помогали Вернадскому в становлении новых и переводе в Академию существующих научных подразделений: Институт экспериментальной ботаники (Е. Ф. Вотчал), Ботанический музей и ботанический сад (А. В. Фомин), медицинские кафедры (М. Дитерихс), кафедра медицинской биологии (К. Е. Добровольский), кафедры отдела прикладных наук (В. Г. Шапошников), кафедра прикладной ботаники и лесная опытная станция (Г. Н. Высоцкий), музей антропологии и этнографии, Зоологический музей и лаборатории, Акклиматизационный сад (Н. Ф. Кащенко), кафедра географии (П. А. Тутковский), Физический институт (И. И. Косоногов). Задумывались и закладывались другие организации, среди них — национальный геологический музей (записка о нем была составлена лично Вернадским), завод оптического стекла в Изюме и специальный научный институт при нем. Был составлен предварительный список создаваемых в Академии учреждений, особо выделена роль комиссий.
Вернадский считал, что Академия должна удовлетворять потребности народа: «Необходимо, чтобы будущая Академия была соединена теснейшим образом с обычными вопросами практической жизни, ее потребностями в самом широком смысле этого слова, чтобы значение ее было ясно всему населению, всей Украине. Я придаю этой стороне жизни Академии огромное значение. Она должна в своей деятельности отзываться на все нужды и потребности населения, требующие научной помощи и научного освещения. Пульс ее жизни должен биться совместно с духовными и материальными запросами населения, поскольку этим вопросам может помочь научное знание и научная мысль».
Устав предусматривал деление Украинской Академии наук на три отдела: первый — историко-филологических наук, второй — физико-математических наук и третий — социальных наук. Задачами первого отдела являлись научное изучение своего народа, его истории, языка, письменности и словесности, фольклора и быта, археологии, искусства и музыки, географии, природы, естественных богатств, экономических и социальных условий жизни и т. п. Задачами второго отдела было развитие естественных, математических, физических, химических наук. Задачами третьего отдела было развитие юридических и экономических наук, в том числе решение задач прикладного характера, связанных с экономикой Украины.
При организации второго отдела Вернадскому пришлось преодолеть противодействие тех ученых, которые считали, что по историческим причинам украинская наука должна развиваться под знаком филологии, ведущим направлением Украинской Академии наук должно быть историко-филологическое. Во второй отдел Вернадский включил прикладное естествознание, объединяющее отрасли знания, связанные с техникой, промышленностью, сельским, лесным и водным хозяйством. В этом же отделе создавались Институт прикладной механики, Геодезический институт, Физический институт, Ботанический и Акклиматизационный сады.
Энциклопедизм Вернадского позволял ему активно участвовать в обсуждении естественных, технических и гуманитарных вопросов. Рассматривались перспективы создания Института экспериментальной медицины, антропологического и этнографического музеев, Совета национальных музеев Украины.
Будучи основоположником генетической минералогии, Вернадский принял меры для развития этой науки на Украине. Украина в геологическом отношении никогда не изучалась. Небольшие университетские коллекции не отражали минералогическое богатство Украины. Так что становление украинской минералогии и геологии было важным как для науки, так и для экономики, для развития и использования производительных сил. Он выступил с идеей создания Минералогического музея: «При его основании должно быть принято во внимание неизбежное расширение и усиление его работы в связи с прогрессом научного знания». Минералогический музей должен был состоять из двух учреждений: собственно Музея и Научно-исследовательского института.
Высшее положение в руководстве Украинской Академией наук отводилось Общему собранию. При нем предполагалось существование отдельных институтов и комиссий. 27 ноября 1918 г. состоялось первое организационное Общее собрание Украинской Академии наук, — на нем Вернадский был избран президентом Украинской Академии наук, а А. Е. Крымский — непременным секретарем. В первичном академическом составе было 8 академиков. В 1919 г. было избрано 26 академиков, в 1920 г. — 7 академиков, в 1921 г. — 6 академиков. Вернадский активно участвовал в выборах. Первоначально академия называлась Украинской Академией наук, в 1921 г. название было изменено на Всеукраинскую Академию наук, а с 1936 г. — Академия наук УССР.
Советское правительство Украины с самого начала оказало академии поддержку и помощь. Ей было выделено здание на улице Владимирской, президенту Вернадскому были выданы «Охранная грамота» и «Обязательное постановление» Совнаркома УССР от 4— 10 июля 1919 г.
За неполный 1919 г. в трех отделах Академии были организованы 26 научно-исследовательских кафедр, 15 комиссий, несколько комитетов, зоологический кабинет, библиотека, основано три института. Вернадский писал: «Дружно и энергично пошла созидательная работа новой Академии наук. Планов было много. Мы чувствовали, что делаем большое дело как в жизни Украины, так и в жизни России. Я сейчас же начал создавать экспедиционную базу по геохимии и биохимии, на которой мы после приезда в Киев все время неуклонно работали». В различных лабораториях и институтах развертывалась интересная экспериментальная работа, о которой Вернадский писал: «Сейчас идет изучение флоры, фауны, минералогии Украины, сданы в печать работы о белом и сером угле Украины, заканчивается и частично сдана в печать работа по ее гидрологии, полезным ископаемым, строительным материалам, подготавливаются научные словари украинско-русский и русско-украинский, исторический словарь украинского языка, издаются памятники исторические и историко-юридические, организуются музеи и гербарии, изучаются свойства донецких углей и т. п. Работа находится в полном разгаре. Новый научный центр создан».
Руководимая Вернадским Комиссия высших учебных заведений и научных учреждений Украины решала две главные задачи: расширение сети высших учебных заведений на Украине и содействие деятельности научных обществ. На ее заседаниях рассматривались вопросы открытия университетов в Каменец-Подольске, в Крыму (филиал Киевского), Полтаве (юридический и историко-филологический факультеты), в Киеве (Украинский государственный), а также институтов: фармацевтического и ветеринарного в Харькове, Археологического и Политехникума в Одессе, Географического, Внешкольного образования и Высшей академии учительских знаний; были приняты решения об открытии четырех кафедр украиноведения в Харьковском и Новороссийском (Одесском) университетах, о преобразовании Высших женских курсов в институты и университеты, о превращении военно-фельдшерских школ в средние учебные заведения, о преобразовании Нежинского историко-филологического института. Рассматривался вопрос о Николаевском отделении Пулковской обсерватории Российской Академии наук, которая испытывала потребность в дополнительном кадровом и материально-техническом обеспечении.
Научно-организационная деятельность поглощала все время Вернадского. Но он успевал еще и читать курс геохимии в университете, ежемесячно прочитывал не менее 10 новых крупных книг, разрабатывал программы экспериментальных работ во вновь организуемых лабораториях.
Условия для работы ученых в городе были напряженные: только в течение 1919 г. в Киеве пять раз менялась власть. Особенно тяжелым был период оккупации города деникинскими войсками: их трехмесячное хозяйничанье в городе сопровождалось репрессиями, многие помещения были отняты у Академии, лабораторные базы разгромлены. Вернадский и ряд киевских ученых предприняли большие усилия для спасения Академии. 16 декабря Киев был освобожден, жизнь постепенно входила в нормальное русло.
Занимаясь организацией Украинской Академии наук, Вернадский большое внимание уделял также экспериментальным работам по живому веществу. Во время этих работ он познакомился с Н. Г. Холодным и подружился с ним на всю жизнь. На Старосельской биологической станции Холодный проводил эколого-физиологические и микробиологические исследования; здесь он впервые провел свою знаменитую работу с железобактериями, идея которой была подсказана ему Вернадским. Научные контакты Вернадского и Холодного осуществлялись по нескольких направлениям: совместная научно-организационная работа по линии Украинской Академии наук, рассмотрение различного рода научных проблем эволюционного, общебиологического и философского характера. Холодный воспринял от Вернадского биосферные идеи, использовал их в личных исследованиях, неоднократно обсуждал с ним вопросы, связанные с происхождением и развитием жизни на Земле.
По инициативе Вернадского была создана первая научная библиотека на Украине, получившая название Всенародной библиотеки Украины. Хорошо зная постановку библиотечного дела в стране и за рубежом, он сам наметил решения многих вопросов, связанных с развитием библиотеки. В 1919 г. Вернадский возглавил Временный комитет по основанию Национальной библиотеки Академии наук в Киеве. По его предложению в фонды библиотеки было включено ценнейшее книжное и рукописное собрание бывшей Киевской духовной академии, в основе которой лежала библиотека XVII—XVIII в. Киево-Могилянской академии. Находясь за пределами Украины (в том числе в зарубежных командировках), Вернадский всегда беспокоился за судьбу библиотеки, принимал участие в отборе книг для ее комплектования.
Как президент Украинской Академии наук, Вернадский 22 июня 1919 г. принимал участие в обсуждении Декрета Совета народных комиссаров и Совета народного хозяйства о введении на территории Украины международной десятичной системы мер и весов.
3 марта 1919 г, по предложению Вернадского Физико-математический отдел принял постановление об учреждении Комиссии по изучению природных богатств Украины — аналога КЕПС. Председателем Комиссии был избран Вернадский, в Комиссию вошли В. Г. Артоболевский, Г. Н. Высоцкий, И. И. Гинзбург, Н. Ф. Кащенко, В. А. Кистяковский, С. Е. Кушакевич, Б. Л. Личков, В. И. Лучицкий, С. П. Тимошенко, П. А. Тутковский, А. В. Фомин, М. В. Шарлемань и др. Главной ее задачей Вернадский определил исследование проблем электрификации Украины, — в это же время в Советской России по поручению В. И. Ленина началась разработка плана ГОЭЛРО.
Российская Академия наук в мае 1919 г. командировала в Киев академика А. Е. Ферсмана для установления связи с Украинской Академией наук. С ним в Петроград были посланы печатные материалы и протоколы заседаний Общего собрания и отделов Украинской Академии наук. Позже в воспоминаниях Вернадский напишет: «Между Украинской и нашей старейшей Академией сразу же установилась дружеская деловая связь и она нерушимо с тех пор держится».
Один из центров украинской науки формировался в Одессе. Е. С. Бурксер (впоследствии член-корреспондент АН УССР) организовал в Одессе радиологическую лабораторию. Летом 1918 г. он писал из Одессы Вернадскому: «Несмотря на то, что радиологическая лаборатория работала нерегулярно, несмотря на все случайные затруднения (отсутствие материалов, газа, электричества и др.), определяется содержание радия в полученных через Вас в Петрограде минералах и рудах».
Оценивая роль Вернадского в создании АН УССР, Н. Г. Холодный писал: «Его огромные знания и широкий кругозор помогли успешно решить поставленную задачу. Пребывание Владимира Ивановича на Украине было непродолжительным, но его кратковременная работа оставила глубокий след в научной жизни этой части нашей великой страны. Украинская советская общественность всегда будет с благодарностью помнить, что первые камни в основании Академии наук были заложены руками В. И. Вернадского».
После поездки в Крым Вернадский возвратился в Петроград. В апреле 1921 г. он послал из Петрограда письмо Крымскому, в котором объяснил невозможность своего возвращения в Киев. Его научная работа требовала литературы, архивов, техники исследований, которые были в Петрограде и Москве. На заседании Общего собрания 28 февраля 1921 г. в Киеве было зачитано письмо Вернадского с просьбой освободить его от административных обязанностей в Академии. До последних дней жизни Вернадский оставался академиком Украинской Академии наук (Академии наук УССР).
Со многими деятелями украинской науки и культуры Вернадский поддерживал оживленную переписку, которая не прерывалась и во время войны. Среди его корреспондентов — А. А. Богомолец, Е. С. Бурксер, К. Г. Воблый, Е. Ф. Вотчал, Г. Н. Высоцкий, Б. Д. Греков, И. П. Житецкий, А. Е. Крымский, В. И. Липский, А. Н. Никольский, И. Г. Пидопличко, И. В. Птуха, П. А. Тутковский, А. В. Фомин, Н. Г. Холодный, Л. Я. Яснопольский, Б. И. Чернышев и др.
Ныне Академия наук УССР — крупнейший многопрофильный научный центр. В память первого президента на здании Президиума АН УССР в 1963 г. установлена мемориальная доска, в 1981 г. на пр. Вернадского сооружен памятник ученому. Его именем назван флагман научно-исследовательского флота АН УССР. В 1973 г. Академия наук УССР учредила премию имени В. И. Вернадского, присуждаемую за выдающиеся научные работы в области геологии, геохимии, геофизики и гидрофизики. В 1987 г. при АН УССР создана Комиссия по разработке научного наследия академика В. И. Вернадского, которая ведет свою работу в тесном сотрудничестве с Национальным комитетом Украинской ССР по программе ЮНЕСКО «Человек и биосфера» и многими научными советами АН УССР.