С начала XX в. основное внимание Николая Егоровича было направлено на разработку вопросов аэромеханики и авиации. В 1885г. он опубликовал большой труд “О движении твёрдого тела, имеющего полости, наполненные однородной капельной жидкостью”. Методы, разработанные Жуковским, дают возможность решать задачи в области астрономии, баллистики.
В 1902 году под руководством Жуковского при механическом кабинете Московского университета была сооружена одна из первых в Европе аэродинамических труб. В 1904 году под его руководством в поселке Кучино под Москвой был создан первый в Европе аэродинамический институт. В том же году Жуковский организовал воздухоплавательную секцию в обществе любителей естествознания, антропологии и этнографии. В 1910 году при непосредственном его участии в МВТУ была открыта аэродинамическая лаборатория.
Во время Первой мировой войны Жуковский разрабатывал теорию бомбометания, занимался вопросами баллистики артиллерийских снарядов, читал курс по баллистике, воздухоплаванию, специальным вопросам гидромеханики и работал над различными проблемами теоретической механики. В декабре 1918 года Советским правительством по предложению Жуковского был учрежден Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), руководителем которого он был назначен. Основанные Жуковским теоретические курсы для военных летчиков были реорганизованы в Московский авиационных техникум, на базе которого в 1920 году был создан институт инженеров Красного воздушного флота (с 1922 года - Военно-воздушная инженерная академия им. Н. Е. Жуковского).
Жуковский является автором многочисленных оригинальных исследований в области механики твердого тела, астрономии, математики, гидродинамики и гидравлики, прикладной механики, теории регулирования машин и др. Для его работ характерно сочетание глубоких теоретических изысканий с инженерным подходом к решению технических задач. Он был также автором классических учебников по теоретической механике для университетов и технических вузов.
В январе 1947г. правительство СССР в связи со столетием со дня рождения Жуковского учредило за лучшие научные исследования по авиации, а также за выдающиеся учебные пособия по авиационным дисциплинам две медали имени Жуковского, две ежегодные премии и стипендии имени Жуковского для студентов старших курсов Московского университета, Московского авиационного института и Московского высшего технического училища. В 1956г. в Москве был организован научно-мемориальный музей Н. Е. Жуковского.