中途島戰役美軍只損失一艘航空母艦、1艘驅逐艦和147架飛機，陣亡307人；而日本卻損失了4艘大型航空母艦、1艘巡洋艦、330架飛機，還有幾百名經驗豐富的飛行員和3700名艦員。日本海軍從此走向了失敗。為了掩護自己的慘敗，避免挫傷部隊的士氣，6月10日日本電臺播放了響亮的海軍曲，并宣稱日本已“成為太平洋上的最強國。”當慘敗的艦隊疲憊不堪地回到駐地時，東京竟舉行燈籠游行以慶祝勝利。美國海軍首腦事后評價道：“中途島戰斗是日本海軍350年以來的第一次決定性的敗仗。它結束了日本的長期攻勢，恢復了太平洋海軍力量的均勢”。同時，此戰還給日軍高層造成了難以愈合的創傷，這一痛苦的回憶直到二戰結束一直揮之不去，使他們再也無法對戰局做出清晰的判斷。
美國著名海軍歷史學家塞繆爾·E·莫里森把美國海軍在中途島海戰中的勝利稱之為“情報的勝利”。美國海軍提前發覺日本海軍的計劃，是日本海軍失利的唯一最主要的原因。但許多軍事家認為：日本海軍堅持以戰列艦作為海戰決戰的決定性力量，把航空母艦當做輔助性力量使用，忽略了航空兵力的作用是導致失敗的最終結果。
日本海軍計劃最明顯的失誤是分散部署兵力，聯合艦隊各部隊在相隔很遠的距離上單獨作戰，而美國海軍最大限度的集中部署兵力。聯合艦隊的優勢被削弱了。日軍計劃另一個失誤是，進攻中途島本來是誘使敵艦隊決戰，可卻給航空母艦套上支持占領中途島的任務，并一相情愿的認為在中途島受到攻擊以前，敵艦隊不會離開其基地。日軍偵察搜索計劃同樣不利。最后導致南云遇到進退維谷的難題和來回換裝魚雷、炸彈的尷尬局面。
中途島海戰改變了太平洋地區日美航空母艦實力對比。日軍僅剩大型航空母艦2艘、輕型航空母艦4艘。從此，日本在太平洋戰場開始喪失戰略主動權，戰局出現有利于盟軍的轉折。此次海戰的特點是雙方海上戰斗編隊在艦炮射程之外，以艦載航空兵實施突擊。日軍失敗的原因是過高估計己方航空母艦的戰斗力，同時在兩個戰役方向作戰，兵力分散；情況判斷錯誤，認為美國航空母艦來不及向戰區集結；通信技術落后,缺乏周密的海上偵察,直至關鍵時刻也未查明美航空母艦的位置；戰場指揮不當，決心多變。美軍獲勝的原因是掌握日軍進攻企圖，及時集結兵力待機；在魚雷機大部損失的情況下，轟炸機連續俯沖轟炸，導致日軍魚雷機連機帶雷爆炸，航空母艦被徹底摧毀。
