II. Mahmud, 1824 yılında yayınladığı Talim-i Sıbyan fermanıyla sıbyan mektepleri konusunda bazı düzenlemeler yaptı. İstanbul’da geçerli olmak üzere, çocukların ergenlik çağına kadar okula gönderilmeleri mecburi tutuldu. II. Mahmud’un saltanatının sonlarında teşkil edilen Meclis-i Umur-ı Nafia yeni bir eğitim sisteminin kurulması konusunda bazı önemli icraatlarda bulundu.

Meclis’in çalışmaları sonucunda Selatin-i İzam Mektebi ismiyle geleneksel mahalle mekteplerinin üstünde ve onlardan farklı usullerde eğitim veren yeni okullar açıldı. 1838 yılında ilköğretimle ilgili eğitim işlerini planlamak üzere, Evkaf Nezareti bünyesinde, bir müdürlük statüsünde Mekatib-i Rüşdiye Nezareti kuruldu.

Aynı yıl memur yetiştirmek üzere Mekteb-i Maarif-i Adliye ismiyle rüşdiye seviyesinde bir okul açıldı. Kısa bir süre sonra bu okul iki ayrı şubeye ayrıldı. Tanzimat’ın güçlü şahsiyetlerinden Ahmed Cevdet Paşa bu ilk düzenlemeleri, eğitimin ilk kademesini göz ardı ettiği, bunun bir binanın inşasına orta kattan başlamaya benzediğini söyleyerek tenkit eder.

Tanzimat Fermanı’nda eğitim konusunda tek bir kelime dahi edilmemesine rağmen, yapılan ve yapılacak ıslahatı benimseyecek ve yönlendirecek insanların ancak eğitime ağırlık verilmesiyle yetiştirilebileceği anlaşılmış ve bu husus 1846’da Sultan Abdülmecid tarafından Meclis-i Vâlâ’da sert bir dille ifade edilmişti. Eğitim konusundaki ilk teşebbüs 1845’te Meclis-i Muvakkat’ın kurulmasıydı. Islahatın ruhuna uygun olarak gerekli eğitim planlarını yapmak üzere kurulan bu meclis ilk olarak mahalle mekteplerinin yeniden düzenlenmesi meselesiyle ilgilendi.

1846 yılında Meclis-i Maarif-i Umumiye’nin ve Mekatib-i Umumiye Nezâreti’nin kurulmasıyla eğitim meselesi daha ayrıntılı bir şekilde tekrar ele alındı. Sıbyan mektebleri bu nezâretin yetkisi dışında bırakılmasına karşılık, orta dereceli okul olarak planlanan rüşdiyelerin açılmasına büyük önem verildi. İlk rüşdiye denemesinden başarılı neticeler alınınca yenilerinin açılmasına hız verildi. 1869’a kadar İstanbul’da 12-13, taşrada da 87 civarında rüşdiye açıldı. Bir diğer önemli gelişme de 1848’de İstanbul’da Darülmuallimîn adıyla bir öğretmen okulunun açılmasıydı.

Benzer bir okul ancak 1868 yılında Darülmuallimîn-i Sıbyan ismiyle, ilköğretim kurumlarına öğretmen yetiştirmek üzere açılabildi. 1857’de hükümette bir nâzırla temsil edilecek Maarif-i Umûmiye Nezâreti kuruldu. Bu nezâret Harbiye, Bahriye ve Tıbbiye dışındaki bütün okulların yönetim ve denetiminden mesuldü. Müslim ve gayrimüslimlerin sıbyan mekteplerinde ayrı, diğer okullarda ise karma olarak eğitim görmesi kararlaştırıldı. Sıbyan mekteblerinin ıslahı çalışmaları doğrultusunda 1863’te İstanbul’da 33 okul tespit edilerek, buralarda yeni usullerde eğitim verilmeye başlandı. Hocalara maaş bağlandı, ilköğretim parasız hale getirildi.

1864’te eğitimle ilgili mevcut meclisler kaldırılarak, yeni bir danışma kurulu olarak iki şubeden oluşan Maarif-i Umûmiye Heyeti kuruldu. 1868’de Fransız modelinde açılan ve Fransızca eğitim vermesi kararlaştırılan Galatasaray Sultanisi, Tanzimat’ın Osmanlılık fikrinin en canlı yansımasıdır. Bütün gayretlere rağmen parasızlık ve yetişmiş hoca eksikliği eğitim konusundaki çalışmaların arzu edilen seviyeye gelmesini ve imparatorluğun tüm bölgelerine yayılmasını engellemiştir.

Tanzimat döneminde eğitim alanında en köklü adım 1869’daki Maarif-i Umûmiye Nizamnâmesi’yle atılabildi. Fransız eğitim sisteminden istifadeyle hazırlanan bu nizamnâme, Tanzimat ve sonrasında eğitim hayatına hem teşkilat hem de felsefe yönünde yeni bir istikamet verdi. Nizamnâmede belirtildiği gibi, 1870’lerden itibaren sıbyan mektepleri yeniden düzenlendi, 1875’te rüşdiyelerle yüksek okul arasında yeni bir kademe olarak ilk idadî açıldı, rüşdiyelerin tesisine hız verildi. Gariptir ki 1869 nizamnâmesi medreseler hakkında tek bir kelime ihtiva etmemektedir. Nizamnamede yeni bir öğretmen okulunun açılacağı belirtilip, bu okulun idarî teşkilatı ve müfredatı tespit edilmekle birlikte, bu vaat ancak 1874’te, nizamnâmede öngörülenden biraz daha farklı bir yapılanmaya sahip olarak, İstanbul Darülmuallimîni’nin açılmasıyla gerçekleştirilebildi. Kız öğretmen okulu açılması yönündeki vaat ise 1870’te Darülmuallimât’ın teşkiliyle hayat buldu.

Tanzimat döneminde bilimin müesseseleşmesi yönünde bazı ciddi adımların atıldığı görülmektedir. İstanbul’daki Avrupalı müsteşriklerin başta Osmanlı İmparatorluğu olmak üzere Doğu ülkeleri hakkında incelemeler yapmak üzere 1853’te kurdukları İstanbul Şark Cemiyeti, bu dönemdeki ilmî cemiyetlerin bilinen ilk örneğidir. Osmanlı aydınları tarafından kurulan ilk cemiyet 1861’de faaliyetlerine başlayan Cemiyet-i İlmiye-i Osmaniye’dir.

Cemiyet mensupları çalışmalarını Mecmua-i Fünûn adlı dergide yayınladılar. Ekmeleddin İhsanoğlu, bu cemiyetin, bazı yazarların iddia ettikleri gibi Batı’daki ilim akademileri ile mukayese edilemeyeceğini, cemiyetin ilmî araştırmayı hedef almadığını, Batı bilimini okuyucularına metafizik bir anlayışla her derde devâ olarak sunduğunu söyler. 1865’te tıbbiyeliler tarafından kurulan Cemiyet-i Tıbbiye-i Osmaniye, Osmanlı aydınlarının cemiyetleşme konusundaki en önemli teşebbüsüydü.

Cemiyet, Fransızca olan tıp eğitiminin Türkçe olarak yapılmasını sağladığı gibi, 1873’te ilk Türkçe modern tıp lugati Lugat-i Tıbbiye’yi yayınladı. Bu dönemin en ilginç teşebbüslerinden birisi de Dârülfünûn adıyla bir yüksek öğretim kurumunun açılması kararıdır. Dârülfünûn fikri ilk Muvakkat Maarif Meclisi’nin raporları doğrultusunda Meclis-i Vala’da hazırlanan Şubat 1846 tarihli bir mazbatada dillendirildi ve kuruluş amacı memur yetiştirmek olarak tespit edildi.

Temmuz 1846’da hazırlanan bir başka mazbatada daimi bir Maarif Meclisi’nin teşkili ve Dârülfünûn’un bu meclis tarafından kurulması kararlaştırıldı. Bu mazbatada Dârülfünûn’da bütün ilim ve fenlerin öğretilmesi, öğrencilerin masraflarının devletçe karşılanması benimsendi. Kasım’da Dârülfünûn binasının yapımı başladı. Meclis bir taraftan bu konudaki çalışmalarını sürdürürken bir taraftan da 1851’de Dârülfünûn’da okutulacak kitapları hazırlamak üzere Encümen-i Daniş adlı bir müessese kurdu.

Encümen-i Dâniş, ilk açılışında kırk dahili ve otuz üç yerli ve yabancı haricî üyeden oluşmasına rağmen fazla bir iş yapamadı. 1863’te hâlâ inşaat hâlinde olan Dârülfünûn binasında Kimyager Derviş Paşa’nın konuşmasıyla halka açık konferanslar şeklinde serbest dersler başladı ve iki yıl muntazam devam etti. 1865’te tamamlanan Dârülfünûn binasının Maliye Nezâreti’ne devredilmesi üzerine yeni bir bina yapımına başlandı. Darülfünûn dersleri Çemberlitaş’taki Nuri Paşa konağına taşındı. 1869 Maarif-i Umûmiye Nizamnamesi’nde Darülfünun konusu geniş bir şekilde ele alındı.

Mart 1865'de yeni Darülfünun binası tamamlandı, Ekim’de sınavlar yapıldı. Nihayet Şubat 1870’te Dârülfünun açıldı. Buradaki dersler 1870-1873 arasında kesintisiz olarak sürdü. Ancak bundan sonra eğitimin devam edip etmediği hala tespit edilememiştir. 1876’dan sonraki devlet salnâmelerinde, Galatasaray Sultanîsi bünyesinde faaliyet gösteren üç yüksek mektep Darülfünun ismiyle anılmaktadır. Dârülfünûn kurma konusundaki üçüncü ve başarılı girişim 1900’da İstanbul’da gerçekleştirilebildi.