Потери японцев составили 4 тяжёлых авианосца, 1 тяжёлый крейсер, 250 самолётов и около 2500 человек, в числе которых оказались самые опытные пилоты японской палубной авиации. Американцы потеряли 1 тяжёлый авианосец, 1 эсминец, 150 самолётов, 307 человек. Япония навсегда потеряла инициативу и была вынуждена перейти к оборонительным действиям.

Битва при атолле Мидуэй показала, что авианосец стал главным кораблём на Тихом океане. Потеряв 4 тяжёлых авианосца, главнокомандующий объединённым флотом Японии адмирал Ямамото был вынужден отступить, хотя в его распоря­жении всё ещё оставалось около 100 кораблей, в том числе 11 линкоров.

При оценке действий сторон во время сражения можно отметить, что из десяти американских атак самолётами только две последних увенчались успехом. Первые восемь атак были отбиты японцами практически без вреда для своих кораблей. Решающая девятая атака (атака МакКласки) увенчалась успехом в значительной степени только благодаря удачному для американцев стечению обстоятельств. Действительно, японские истребители в этот момент были заняты отражением других атак американцев, а наличие на палубах готовых к взлёту японских бомбардировщиков усложнило японцам отражение атаки МакКласки и борьбу с последующими повреждениями авианосцев. Сам МакКласки до этого почти целый час искал японские авианосцы и заметил их практически случайно. Если бы отряд МакКласки заметил японские корабли на 15-20 минут позже, то японские бомбардировщики уже успели бы взлететь, а японские истребители прикрытия — вернуться к своим авианосцам после отражения атаки Месси. В этом случае атака американцев, скорее всего, провалилась бы, а японские бомбардировщики смогли бы нанести удар по американскому флоту. Учитывая, что даже ограниченная по масштабам японская ответная атака авианосца «Йорктаун» принесла японцам успех, можно предполагать, что исход сражения мог быть совсем иным, если бы не набор случайностей и счастливого для американцев стечения обстоятельств.