10/1988 - 11/1995

Nghiên cứu, giảng viên tại Viện Vật lý kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội

12/1995 - 7/1997

Cán bộ Công ty ứng dụng tiến bộ KHKT (MITEC), Bộ KHCN và Môi trường; cán bộ Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện, Tổng cục Bưu điện

7/1997 - 11/2003

Phó trưởng phòng; Trưởng phòng thuộc Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện, Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam

11/2003 - 8/2010

Phó vụ trưởng Vụ Công nghệ cao; Cục trưởng Cục Ứng dụng và Phát triển công nghệ, Bộ KH&CN

8/2010 - 1/2011

Ủy viên dự khuyết Trung ương Đảng khóa XI;
Thứ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ kiêm Cục trưởng Cục Ứng dụng và Phát triển công nghệ

1/2011 - 3/2013

Thứ trưởng Bộ KH&CN

3/2013 - 5/2013

Phó bí thư Tỉnh ủy Phú Thọ

5/2013 - 9/2015

Phó bí thư Tỉnh ủy, Chủ tịch UBND tỉnh Phú Thọ

9/2015 - 4/2016

Ủy viên Trung ương Đảng khóa XII,
Thứ trưởng Bộ KH&CN

4/1/2016 - 11/2020

Bộ trưởng KH&CN

9/2020 - nay

Phó bí thư Thành ủy, Chủ tịch UBND TP Hà Nội