NSF는 선정된 연구에 대해 연구장려금, 그리고 연구비 지급기관 개입 필요 시 수행하는 협약연구 및 연방정부 사용 목적으로 진행되는 계약연구 형태로 기초연구를 지원해 연구자 자율성을 보장한다. 
심사를 통해 선정한 연구들에 대해서 NSF는 대부분 연구장려금(grant) 방식으로 기초연구를 지원함으로써 연구자 자율성을 보장하고 연구자의 창의적이고 자율적인 연구가 가능할 수 있도록 하고 있다. 연간 선정과제의 약 68%는 연구장려금으로 지원되며 연구장려금 외에 협약연구(Cooperative Agreement)와 계약연구(Contracts)의 형태로 기초연구를 지원한다. 협약연구는 연구 활동이 기술상 또는 관리상 복잡 하거나 다른 프로젝트와 조정이 필요한 경우 등 상당 수준의 연구비 지급기관의 개입이 필요한 경우에 지원하는 형태이며, 계약연구는 광가속기 등 대규모 실험설비 건설과 같이 연방정부가 사용하거나 직접적인 효용을 위하여 자산 또는 서비스를 취득하는 것이 주목적인 경우에 진행하는 지원 프로그램이다.