Sau khi ghi được chiến thắng rõ ràng, lực lượng Hoa Kỳ rút lui.

Vào thời điểm trận chiến kết thúc, 3.057 người Nhật đã chết. Thương vong trên bốn tàu sân bay là: Akagi - 267; Kaga - 811; Hiryū - 392; Soryū - 711; tổng cộng 2.181. Tàu tuần dương hạng nặng Mikuma bị chìm - 700 chết và Mogami bị hư hỏng nặng - 92 chết. Ngoài ra, khu trục hạm Arashio bị ném bom - 35 chết, khu trục hạm Asashio bị máy bay bắn phá - 21 chết. Số người chết trên các tàu khác: tàu tuần dương Chikuma (3) và Tone (2), tàu khu trục Tanikaze (11), Arashi (1), Kazagumo (1) và tàu chở dầu Akebono Maru (10).

Việc Nhật Bản mất 4 hàng không mẫu hạm (Kaga, Akagi, Soryu, và Hiryu) cùng một số lớn các tổ lái được huấn luyện kỹ lưỡng đã chặn đứng sự bành trướng của họ trên vùng Thái Bình Dương. Nhật chỉ còn 2 hàng không mẫu hạm cỡ lớn là Zuikaku và Shokaku có thể huy động cho các hoạt động tấn công, cùng 2 hàng không mẫu hạm lớn khác đang chạy thử máy. Các mẫu hạm còn lại là Ryūjō, Junyo và Hiyo đều là mẫu hạm nhẹ với đường băng nhỏ, chúng không có khả năng tác chiến mạnh như các hàng không mẫu hạm cỡ lớn. Thất bại nặng nề của người Nhật xảy ra sau nửa năm khai chiến với Hoa Kỳ. Khoảng thời gian này là gần như chính xác với dự đoán của Đô đốc Yamamoto Isoroku về quãng thời gian nước Nhật có ưu thế trước khi người Mỹ giành quyền chủ động.

Một nguyên nhân quan trọng khiến Nhật thất bại trong trận này là do thiếu sót về công nghệ: các tàu chiến Nhật khi đó còn chưa được trang bị ra-đa nên không phát hiện được máy bay Mỹ từ xa. Việc quan sát bằng ống nhòm chỉ có thể phát hiện máy bay địch ở cự ly 10-20 km, lúc đó thì chỉ còn 2 phút để triển khai đánh chặn. Do vậy, khi bị máy bay Mỹ tấn công liên tiếp từ nhiều phía, hạm đội Nhật lâm vào thế bị động, đến đợt tấn công thứ 4 thì chỉ huy Nhật đã không kịp điều động tiêm kích đánh chặn máy bay địch, khiến 3 tàu sân bay Nhật bị tấn công dễ dàng do không có máy bay tiêm kích bảo vệ.

Trong trận đánh nào bên chiến thắng cũng cần có yếu tố may mắn. Ở Midway yếu tố này đã giúp Mỹ chống lại người Nhật: phi đội ném bom Mỹ tình cờ tìm thấy hạm đội Nhật đúng lúc họ sắp hết nhiên liệu và định quay về, đúng lúc các tiêm kích Nhật đang bận đối phó với 1 phi đội Mỹ khác, và cũng đúng lúc các tàu Nhật dễ bị tổn thương nhất (các máy bay Nhật đang được lệnh nạp nhiên liệu và thay vũ khí để chuẩn bị xuất kích trong vòng 15 phút nữa). Chỉ trong 15 phút định mệnh đó, 3 sự may mắn đã liên tiếp đến với phi đội Mỹ. Sự trục trặc nửa giờ của máy bay tìm kiếm trên tàu Tone cũng đã làm chậm đòn tấn công của Nhật mất 30 phút, nếu không có sự vận xui này thì các tàu sân bay Nhật đã kịp tung ra đòn phản công trước khi máy bay Mỹ làm gì được họ. Trong chiến tranh có thời điểm dành cho sự thận trọng, có thời điểm dành cho sự táo bạo. Yamamoto thai nghén chiến dịch Midway quá bất cẩn và các tư lệnh của ông ta lại thi triển nó quá thận trọng.

Với Hải quân Hoa Kỳ bây giờ đủ lực lượng áp đảo đối phương trong phương diện về hàng không mẫu hạm và đang vươn móng vuốt của nó về phía trước, Hoa Kỳ bắt đầu có thể vào thế công kích lần đầu tiên trong cuộc chiến. Sau đó không lâu Hoa Kỳ xâm chiếm Guadalcanal, mở đầu cuộc chiến quần thảo hao mòn tại Quần đảo Solomon và cuối cùng đánh tan hải quân và các đơn vị không quân thiện chiến của Nhật.