火药
唐代发明了火药，但在军事上应用的记录还不多。由于几个政权之间的对立和时常可能发生战争的状态，北宋政权下的一些军官开始在火药的研究和应用上作出努力，这一伟大发明完全由炼丹家的事业变成了兵器工匠的事业。因而，火药已不再是炼丹炉中的奇观，而成了战场上杀伤人的新武器。
根据《宋史·兵志》记载，北宋早期先后有兵部令使冯继升于970年、神卫水军队长唐福于1000年、冀州团练使石普于1002年分别创造并推广了火箭、火球、火蒺藜等火药武器，这主要是利用了火药的燃烧性能。1002年，另一位军官刘永锡曾制火炮以献朝廷。北宋末年，火器专家们制造出了陶制和铁制的“震天雷”，这是利用火药爆炸性能而制造的，由绳索或抛射机械来发射，爆炸时其声如雷，靠喷发的火焰和弹片杀伤敌人。1126年，宋朝的大将姚仲友和李纲都曾用火药武器抗金。另外一种直接利用火药抛射性能的武器是突火枪。据汤王寿《德安守御录》记载，1132年抵御李横的德安守军已经“以火炮药造下长竹杆火枪二十余条”，后改进为突火枪。这是一种管形火器，据《宋史·兵志·器甲之制》记，突火枪“以巨竹为筒，内安子窠，如烧放，焰绝石子窠发出，如炮声，远闻百五十余步”。据《金史·赤盏合喜传》记，公元1232年攻金的蒙古大兵惟畏震天雷和突火枪二物。可见金人很快就有了自己的火药武器，并很快在战场上应用了它们。如果说震天雷意味着炸弹的发明，那么突火枪便是步枪和大炮的前身了。
火器的发明是兵器史上的一个转折点。以往的武器——冷兵器的战争仅仅是机械性力量和人的勇力与智谋的厮杀，而火器则第一次把化学力量和单兵战斗结合了起来。火器一经应用到战争中便体现出了强大的威力。北宋对火器的应用由于规模不大，仅仅起了在关键性战役中威慑敌人的作用，但在南宋和金的战争中，双方使用火器重创对方的记录多了起来。金国在同蒙古的战争中曾依赖震天雷来坚守城池，而蒙古人在俘虏了金国的工匠之后，也掌握了火器，并且在西征时把火药传到了阿拉伯世界和欧洲。中国的炼丹家们开始并没有想到炼制长生仙丹却得到了杀生的武器，这与他们追求的理想并不相符。这种事在技术史上是常有的。当火药作为一种新的战争武器被用于战场，并给战争带来更可怕的杀伤力之后，中国炼丹家们谋求长生不老之丹的理想热情开始消退。他们逐渐放弃了这一不实际的追求，开始注重内省式的修炼，希望以此来达到延年益寿的目的。
宋（北宋和南宋）和金在世界上最先使用火器，但这两个国家的政权最终并没能被这种新式武器所拯救。从纯军事的观点看，最初的火器只能部分地改变军队的装备，数量不多，质量不高，并没有引起一场军事技术的彻底变革，因而只能局部地影响战争的胜负。当这两个国家国势衰落的趋势远大于火器进步的速度时，这种新武器便成了改朝换代时的历史爆竹。而对于中国老百姓来说，火药最好的用场则是节日时的爆竹。至南宋时，杭州民间已有许多买烟火者（《武林旧事·小经纪》），在北方金国治区则有人自治火药狩猎，说明火药的民间应用也在发展。
在中国，火药并没有使社会生活和历史发生真正的改变，火药主要是由官府控制的工场生产的，它被用来装备朝廷的军队。北宋的火药工场称“火药窑子作”，列朝廷军器工场之首。当火药传到西欧时，那里的市民阶级便利用这种新的武器同封建阶级的骑士作战，最后把这个阶级炸得粉碎，资产阶级开始登上历史舞台。
无论如何，火药的发明开始了军事方面的一场具有历史意义的技术和战术革命。各种各样的火器被制造出来。火器的强大威力使它首先成为冷兵器的补充，从而改变了军队的编制、战法和整个指挥体系。
航海和指南针
对于宋政权来说，由于通西域的道路被西夏阻断，通朝鲜的陆路被辽金先后阻断，东南海上的航路便成了同朝鲜、日本、印支、印度和阿拉伯世界交往和贸易的主要通道。航海的需要使宋代的船向巨型发展，并且由于制船匠们设计了新式的水密隔舱而提高了远航的安全度。整个船体的构造更加合理坚固，并普遍采用了尾舵（这是西汉时就产生了的航海技术上的一大发明），大大改善了船的操纵性能。尤其是宋代的人把先辈的指南磁鱼改变成了指南磁针，为海上远航装备了举世无双的导航设备，播下了航海技术革命的种子。
据《韩非子》记载，战国时中国已有“先王”（时间可见还在战国之前）以天然磁石制成的磁勺——司南，以指示方向。汉代王充《论衡》中也提到了指南勺。但在宋代之前，中国人的对外活动主要在西域、朝鲜、越南等陆路方向上。对于陆路旅行来说，太阳和地面上各种标记物可以使人不迷失方向。所以，指南勺、甚至连马钧和祖冲之制造过的指南车都不过是些没有多大实用价值的发明而已。宋代人没有陆路可通往那些前代人已熟悉了的外部世界，航海便成为同外部世界交往的重要途径，在碧波万顷的大海上除了日、月、星之外，没有任何明显的参照方位和距离的标志，而日、月、星并不一定时时悬现在人们头顶，于是指南针应运面生。
北宋曾公亮（998～1078）主编的《武经总要》中已记载有指南鱼的制造方法。而大科学家沈括（1031～1095）的《梦溪笔谈》中则记载，当时以看风水、看病为业的方士最先把指南勺和指南鱼磨制成灵敏度更高的磁针，并置于罗盘之上。这一点是意味深长的：一个指引人们通向新世界的伟大发明正是经过那些在旧的文化习俗中徘徊的人们的手，才推到历史的面前。指南磁针一经发明，那些目光敏锐、对方士的罗盘发生了兴趣的航海家们便把它安装在船上，用于航海了。这是在公元1000年左右实现的。北宋末年人朱在他于1119年写成的《萍州可谈》中记：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针”。20多年后徐竞写的《宣和奉使高丽图经》记，“惟视星斗前迈，若晦冥则用指南浮针，以揆南北。”另外，吴自牧《梦梁录·江海船舰》中也记载了南宋时海船“风雨晦冥时，唯凭针盘而行，乃火长掌之，毫厘不敢误差，盖一舟人命所导也”。显然，指南针在海上已经开始为人的航海活动服务，而不再像在方士手里那样为看风水服务了。当然，当时的方士们也在为一种社会需要服务。只要地球的磁极不乱，罗盘指示的方位对在陆地上活动的人类来说，始终是一个方向坐标。
中国的航海家首先把指南针装到船上，标志着人类从此获得了在海洋中全天候、远距离航行的能力。宋代同中国在海路上贸易来往频繁的阿拉伯人约于1180年在泉州和广州把指南针装到了他们的船上，这些以航海和商业为业的经验丰富的阿拉伯人把航船一直驶到了近东地区。约在宋末元初，欧洲人从他们那里认识了指南针，并把它装到了船上。在整个古代，埃及人、腓尼基人、希腊人、罗马人的船只主要航行在地中海上，只有极少数的冒险家曾在非洲的西海岸出现过。但在有了指南针之后，近代欧洲航海家的一系列远航和地理大发现都成为可能的了。
中国人是磁的最早研究者。磁最初称为“慈”，是因为它吸铁时像慈母抱婴儿。沈括最先发现了磁偏角。在应用指南针和进行全球性的航海活动后，欧洲人开始了对磁的研究。很可惜，指南针故乡的中国人却没有最先进一步揭开磁石中的秘密。
活字印刷术
在11世纪上半叶快要结束的宋仁宗庆历年间（1041～1048），平民毕昇（？～1051）发明了活字印刷术。这是一种用陶土烧成的活字。毕昇发明的活字印刷版与宋代的文化繁荣有关。宋朝继承了唐的科举制和学校制度，而且放宽了对学生出身门第的要求，一般人的子弟亦可进入太学，并且新增了画学学校和武学学校。和唐人相比，宋代的知识分子不但写诗，还写大量的词，画更多的山水花鸟人物画。北宋的徽宗皇帝也是有名的书画家。另外，在史学、地方志的编写方面也比唐代规模更加宏大，记叙的内容更加丰富。除此之外，宋朝和金朝还开始流行话本小说（这是明代章回小说的前身）。如此繁荣的社会文化生活，对印刷业提出了新的要求。在北宋的开封和南宋的临安（杭州）和成都，都有雕版印刷业的中心。活字印刷术发明之后，逐渐显示了它技术上的优越性——印刷匠可以用许多活字在印刷版上排版，而且这些活字还可以重复使用，因而免去了印一次刻一次版的麻烦。到南宋末期的1241～1251年前后，在蒙古方面做官的理学信徒姚枢（1203～1280）教他的弟子杨古用活字版印刷出朱熹（1130～1200）的《小学》、《近思录》和吕祖谦（1137～1181）的《东莱经史论说》。朱熹是南宋最有名的理学家，也是中国最早的私人书院——白鹿洞书院的创办者。朱熹的书首先被印出来说明南宋时私人教育事业相对于朝廷办的官学有了相当的独立性，学在官府的局面已经不复存在（与春秋战国时私人办学不同的是，南宋开始的私人书院中的大师们都是经学大师，他们研究和传授的都是一家之言，这是因为有科举制这个取仕制度限制着教育的基本内容）。吕祖谦是和朱熹齐名的理学家，曾任国史院编修，在学术上很活跃，开浙东学派之先声，还曾邀集朱熹和陆九渊（1139～1193）两派学者1175年在江西信州（上饶）鹅湖寺辩论哲学。朱、吕二人的书既不是宗教典籍，也非科学著作，但却是中国知识分子大量需要的教材。
在唐代发明雕版印刷、宋代发明活字印刷的时候，曾经迅速把造纸术引入并传到西方的阿拉伯世界却没有积极地通过西域和海路接受中国的印刷术，并将它传入西方。这是因为信奉伊斯兰教的阿拉伯人大概认为印刷《古兰经》是对先知的不尊重。到横跨欧亚的蒙古大帝国建立起来时，印刷术才迅速向欧洲传播。同时，元代的王祯又创制了木活字，接着朝鲜的印刷巧匠们又创造了铜活字。随着元朝时东西方的交往，欧洲人很快便利用了活字印刷术。在欧洲的几支语言文字中，最基本的字母只有二十几个，活字印刷就显得格外方便。在1455年（明代宗景泰六年），谷腾堡（1394～1468）用铅活字印出了《圣经》。《圣经》的印刷使大批平民知识分子可以直接阅读这本原来由教会垄断了解释权的书。这些人在自己读了《圣经》之后，便有了按照自己的理解来解释《圣经》的要求，接着便产生了由具有新思想的教士路德（1483～1546）领导的宗教改革。这里令人略为惊异的是，尽管欧洲有着权威性的思想统治机构——基督教会，但印刷术仍然在这里起到了革命性的作用，教会的精神独裁被打破了。在中国，占统治地位的儒学经典和新作尽管同样被活字印刷术传到了更多的人的手中，但儒学仍然保持着它受尊崇的地位。这里的原因至少有两个：第一，儒学本身是一种关于人的关系的学问，它包含着某些合理的东西，因而是一种在新思想冲击面前有弹性、有生命力的思想体系；而基督教则是一种关于人和神的关系的学说，当人的理想和神的教义发生矛盾的时候，冲突就是不可避免的了。当人还没有勇气彻底与神决裂的时候，人起码可以按照自己的理想来改造神——因为神本身就是人们为自己而创造出来的。第二，欧洲的社会产生了新的社会阶层——市民阶级，这个新阶级有着新的经济利益，并产生了新的社会理想。新技术——包括火药、指南针和印刷术，统统成了他们取得经济利益和实现新的社会理想的工具。而在中国的宋代，直到明代和清代中期以前，中国的社会还没有产生出强大的市民阶级，因而所有在这里首先产生的新发明也只能暂时搁在传统社会生产和生活的支架上。况且，与欧洲社会不同的是，中国社会的新生阶级在生长时面临着一个无比强大的中央集权王朝的控制和压迫，它即使产生了，也不会像在欧洲社会中那样发展起来。因而，仅仅有伟大的技术发明还不足以使社会产生伟大的变革。
纸币的发明
纸币是北宋时期的一大发明，当时称为“交子”。南宋和金朝都开始大量发行纸币。
纸币是近代以来银行制度的技术基础。人们常常忽略这一伟大发明的重要性，但马可·波罗（1254～1324）没有忽略它。他在元朝初期将纸币带回了欧洲。当时以聚金积银为富的封建主和旧式商人认为这不可思议，但当资本主义生产发展起来后人们都感到了纸币的方便。这是继远古人类以物易物、继而发明以金银或铜钱为主的货币以来，货币形式的又一次革命。纸币后来也是资本主义交换机器的润滑剂，资本主义全面地利用了这一发明，就像利用了火药、指南针和印刷术一样。
北宋和南宋发行纸币的原因主要是大地主大商人对金银和铜币的集中积存，大量贸易引起的金钱外流，使国家感到每年铸造的铜钱已经捉襟见肘了。这是整个社会与唐代相比商品经济更加发达的标志。金国发行纸币的原因同宋相似，但它的商业不如南宋发达，金朝后期由于抵抗蒙古的入侵，军费开支巨大，财政出现危机，就靠大量印发纸币维持。
纸币的发行给社会经济生活中带来了一个新的不稳定因素，使货币贬值的问题更加尖锐。在经济和政治稳定的社会环境中，如果对发行的数量加以合理控制，那么这种方便交换的新货币也可以成为商品经济的催化剂。但在专制统治的自然经济中，经济的崩溃与社会动乱和改朝换代联系在一起，在这种关头，经济利益并不靠经济政策来调节，而依靠暴力来改变。因而，前朝的纸币对后朝来说一钱不值。而且，即使是在一朝之中，纸币的贬值也是不断发生的。在任何情况下，首当其害的大多是一般中小商人和普通百姓。因而，和平时期纸币在自然经济的日常生活中扮演了一个方便交换的临时性角色，而且或多或少加剧了社会财富的进一步集中。当整个社会在天下大乱中过渡到一个新的政治基点上之后，纸币自身的价值便消失了。在它加剧社会财富的集中并导致社会彻底重组这个意义上，纸币又多少是一种革命性的角色。不过，其代价是它本身在社会的彻底重组中完全丧失价值。
宋朝科学技术的全面发展
宋朝对军事指挥系统的改革加强了皇帝对军队的控制，但同时限制了将帅才能的发挥，削弱了军队的战斗力。而且，经过改革后高度集权的政治统治，即使是在军事上取得胜利的前提下，也不宜于驾驭北方强悍而要求相对自由的少数民族统治者。这样，与唐朝相比，宋朝不但没有西北和华北充足的军马基地，而且还不得不处于同从西到东的北方边界上的夏、辽（金）勇健的骑兵部队作战的境地。
在北方的军事压力下，宋人表现了对军事学术和技术极大的研究热情。在《宋史·艺文志》中所列的宋代兵书共有347部，计1956卷，约为唐代的6倍！其中流传至今最有名的是北宋朝廷组织修纂、由曾公亮（998～1078）和丁度主编的《武经总要》。这部书中最先给出了火药的确切配方。另外还有前代从未出现过的关于兵器制造和军事工程方面的专著。这些著作的大量出现表明宋人已不像前代人那样仅从兵法方面来研究战争，而开始从纯粹的武器技术方面来研究战争了，同时也表明宋代除了出现火器这种新式武器之外，所有传统的冷兵器和战争器械都有了改进和新发展，其品种繁多无比。《武经总要》中所记述的就有攻城器械：壕桥、各种云梯、辕车（攻城时隐蔽人员用）、搭车、饿鹘车、钩撞车、烧城门楼的火车、临冲吕公车等；守城机械：撞云梯车、飞钩、夜叉雷、瓮听、吊车、狼牙拍、塞门刀车、绞车、砖擂、木擂、铁链夹棒等；障碍器械：铁蒺藜、拒马枪、鹿砦、扌刍蹄、地涩等。所有这些进步，当然首先要归功于那些官营军器工场的工匠以及那些热心于新兵器研究和改进的吏民了。朝廷在这方面的积极作用是对于新器械（包括非战争用途的器械）的发明和创制者给予各种奖赏——赐衣物束吊、钱，增月俸，升官等，并且还对一些新发明及时加以推广，因而宋代“吏民献器械法式者甚众”（《宋史·兵志》）。
相对北方的其他少数民族政权而言，宋朝控制着经济文化发达的中原大部和已经全面开发了的南方，因而一系列新的技术发明首先在这里诞生。这是一个相对优势。但对于有大量汉族人民生活的并且多数少数民族亦在日益汉化的北方诸政权来说，中原的任何一种新发明都会很轻松地在北方得到应用。因而，宋朝在技术上的优势还没有完全扭转它在军事上的被动局面。
除了前述的伟大发明和军事技术方面的进步，宋代在所有中国传统科学技术领域都留下了新的记录。
北宋一名主管营造的将作监（官营工场长官）李诫（？～1110）组织创作了中国历史上最著名的建筑学专著《营造法式》。这本书集中反映了中国建筑以木结构为主的特点，在当时最杰出的代表作是北宋首都汴京的虹桥，显然，只有在京师这样的地方才有建造装饰性的木桥的必要。就实用和耐用的角度而言，石桥要远胜于木桥，因为石材和木料相比，不但耐磨性好，而且不会因潮湿水浸后腐朽。建于1053～1059年间的洛阳桥便是一座梁架式石桥，它坐跨在宋的南方贸易城市泉州东北的洛阳江上。南宋于1138～1151年间在福建晋江安海镇用花岗岩建造了一座约2.5千米的安平桥（五里桥），这座桥跨海与南安县的水头镇相连，作为中国最长的古代桥梁基本完好地保存到了今天。南宋晚期的1237年前后所建的福建漳州的虎渡桥（江东桥）是中国古代最大最长的石梁桥。
1026年，北宋的王惟一（1022～1066年间的御用医官）撰修出《铜人腧穴针灸图经》，统一了针灸家对穴位的看法。王为此还制造了一个铜人，用以对医学校学生和针灸医生的教学和考核。南宋时曾担任过四任法官（提点刑狱官）的宋慈（1186～1249）写出了一部《洗冤集录》（5卷），这是世界最早的法医学著作，问世后在中国沿用达600多年，并被译成了多种外文。
宋代的天文学家们继续了传统的天文观测，995～1092年间，先后造了5架巨型浑仪，每架用铜达2万斤左右。1010～1106年间，进行过5次大规模的恒星位置观测活动，并且记录了1054年爆发的一颗超新星。在1079～1085年间，天文学家们通过长期观测天象，在原有星图的基础上画了一张新的星图。
1085年，支持王安石变法的皇帝赵顼以38岁而终。在此之后，王的新法遭到了司马光（1019～1086）为首的一派大臣的反对。司马光当时用了19年的时间，在几个史学家的帮助下于1084年编写出了杰出的编年史《资治通鉴》。这部书在客观广泛地取材时，用很大的篇幅记述了从战国到五代共1362年间历代君臣治乱成败的事迹。然而，北宋政权这时也已临近了难治大乱的关头。
由于燕肃（生卒年不详）在1031年发明了用恒定水位保持均匀流量的漏壶（莲花漏），在朝廷做官的泉州人苏颂（1020～1101）和韩公廉组织人于1088年制成了水运仪象台。它用漏壶的流水为动力，推动齿轮系统，使仪器保持和天体一致的运动速度。水运仪象台可以演示和观测天象，并计时和报时。这个复杂的机械机构与张遂和梁令瓒造的天文钟相似，但更为复杂精巧，可说是当时世界上最复杂的机械运动系统了。苏颂为此写了一部专著《新仪象法要》。另外，苏颂还是一位药物学家。可以肯定，当时泉州这个外国商人聚集的城市对年轻的苏颂产生了影响。他在官场曾于1092～1093年间升至右相，短暂的在位说明这位技术专家在当时波诡云谲的政界不如在天文机械方面得心应手。
到南宋时期，宋的江山只剩下半壁，但天文学家们仍然观测着全部星空，并在这个王朝接近灭亡的1247年，由黄裳（1148～1196）生前绘出的一张8尺×2.5尺的星图被摹刻于苏州圣庙石碑，这便是我们今天所见的苏州石刻天文图，在它上面刻着1430颗星座。
科学家沈括，生于杭州，通过读经考取进士并多年为官，用功极勤，精研科学技术。沈括在为官时曾受王安石派遣，于1075年赴辽国进行边界谈判，拒绝割地。他晚年被罢官后在镇江所写的名著《梦溪笔谈》证明他是一位博学的科学家。这本书总结了他的前代特别是北宋时期科学技术的成就，是一部内容无比丰富的古代科学技术百科全书。对于今天来说，它的价值在于向人们描绘了一幅北宋时代中国科学技术高度发达的历史图像。它记录了当时已出现在社会上的各种各样的新发明和各类知识，对普通平民的创造和社会地位高的人的成就给予了相同的重视，这一点无疑是符合科学精神的。建筑师喻皓（五代末宋初人）的《木经》和建筑成就、毕昇的泥活字印刷术、水工高超（庆历年间人）的合龙堵口方法等都被他认真地记录下来。
沈括既是一个科技史家，也是一个出色的研究者。他于1072年推荐淮南人卫朴入司天监主持修订奉天历，八年而成。他自己也曾大胆地提出了一个历法改革方案：以十二个节气定十二月，以立春为一年之始，以便于农时。显然这不能被大多数人接受，因为传统的历法已经深入到中国人的生活之中。王安石的改革因触及了不少人的经济和政治利益而遭到反对，沈的历法方案因会给许多事情带来麻烦而被否定。在习惯和改革之间有时候很难判定是非。沈括在数学方面研究过高阶等差级数求和一类的问题，对透光镜和凹面镜做了研究和观测，还做过振动实验，他已认识到华北平原是由泥沙淤积而形成的。他是世界上史载最早发现磁偏角的人（欧洲人在400年后才发现）。他的可贵品质是博闻广记，留心观察和亲自动手研究，并试图推索出自然界的“理”。当然，他清醒地知道，在自己的时代“欲以区区世智情识，穷测至理，不其难哉？”（《梦溪笔谈》）无论如何，他在科学技术方面的智识已达到了他那个时代的学者所能达到的峰巅。值得特别指出的是，沈括的《梦溪笔谈》一书是一位老者罢官闲居时的总结性、记述性著作，因而可以看做他生活的那个时代一般知识分子在科技知识方面所能达到的最高水平。由于沈括也是从读经和参加科举考试开始他的为官生涯的，可见儒学并未限制他对科技知识的追求。实际上，他说的用“世智情识”“穷测至理”，便是现代人所说的科学。
宋代的开矿业有了很大的发展。宋英宗在位时期的1064年，铁的产量已比唐宪宗统治时期的806年增加了4倍，这个增加数字是在治区缩小的情况下取得的。如果把整个西夏和辽国的数字都加在一起，实际增加的倍数还要大得多。宋朝有的矿山的规模已达10万人之多！全国共有近300处冶铁场。用煤代替柴薪烧火取暖早在汉代就开始了，不过，在唐朝白居易（772～846）的《卖炭翁》诗中，我们看到唐代的都城中还是以烧木炭为主的。在宋代的汴京中，烧石炭取暖已十分普遍了。用煤炼铁早在汉代就开始进入试验阶段，在北魏人郦道元的《水经注》中已有明确的记载，但只是在宋代，这项技术才开始广泛地应用到冶金方面。1078年，徐州利国监的大铁矿（朝廷所经营的矿山）用煤炼铁。无疑，尽管西亚人最先开始冶铁，但中国人却最先开始用煤炼铁。用煤炼铁的缺点是产品含硫量较高，但由于煤的燃烧值高于木炭，所以能够节省下大量的木炭。在人口增加、铁产量增加和木材日益紧缺的情况下，煤便日益成了炼铁的基本燃料。北宋时期开封城里还有炼制“猛火油”的作坊，这是对石油的加工利用。
此外，为增加炉温和强化炼铁过程，在宋、西夏、辽等地区的炼铁场中都出现了用木风扇鼓风的新技术。木风扇是东汉时杜诗发明的鼓风水排改进而来的。北宋时发明的铁匠和农家炉火用的手拉风箱是最初的活塞式机构。另外，宋时民间还改进了水车，发明了用烛火热气转动的走马灯（这种供观赏的灯实际上是现代燃气涡轮的雏形）。
由于开矿业的发展，北宋末期人杜绾对矿岩作了认真研究。杜绾写了一本矿岩学著作《云林石谱》，表明他对古代鱼类化石的形成有了基本正确的看法。他写这本书的时候正是北宋政权临近灭亡之时，书于1133年出版，已是北宋被金推翻后的第7年。随着这场宋王朝南迁的历史动荡，各地手工业工场的发展出现了一些新的变化，一些地区的繁荣趋势减弱了，而另一些地区则慢慢地发展起来，但就宋王朝而言，南宋时期它的国力衰落了，发展仅仅局限到了南方的半壁江山。
宋时农业发生的一个重大变化是水稻的种植和产量上升到了全国粮食作物的第一位。这主要是由于北宋初期依靠种稻免租的政策把在南方生长的水稻推广到了北方。而且，还从越南引进了成熟早、抗旱力强、对土壤肥力要求不高的占城稻，从朝鲜引入了颗粒饱满的黄粒稻。另外，北方的小麦也开始向南方大力推广。南宋的陈（生卒年不详）于1149年写成了《陈农书》。这是中国现存最早的关于南方水稻栽培地区农业技术的一部著作，而以往的所有农书都是以论述北方农业生产技术为主的。
宋代是中国种棉业发展的一个重要时期。棉花是印度地区最早种植的作物，中国海南的黎族和云南西部的傣族人在汉代以前已开始种棉。西域各国在两晋南北朝时期开始种棉，但当时只用棉花织成粗棉布供当地人穿用，还没有大批的贸易棉布。北宋时的棉布主要沿海路从印度和阿拉伯商人那里得到。棉布的流传刺激了宋代人种棉的兴趣，南方的种植业首先发展起来。到南宋后期，江南和东南沿海一代的棉花种植已有了蓬勃的发展。很明显，棉花的获得远比蚕丝的获得容易，在一个人口大大增加的社会中，用棉布作为珍贵的丝罗锦绸缎的补充是非常必要的。从此之后，棉布继麻布、丝绸和毛织品、皮料等材料之后，也成了中国人的主要衣着材料。由于纺织业的发展，宋代出现了用水力驱动的大纺车，南宋时还发明了轧棉的缆车。当时中国的各种纺织机械的复杂和精巧都居于世界首位。中国人最早发明了养蚕和制丝业，纺织业是中国古代社会最主要、最持久的技术支柱之一。
和兵器制造业的进步联系在一起，宋代传统的手工工具和农器制造都取得了相应的进步。在铸造工件方面，北宋留下了7丈3尺高的河北正定县的隆兴寺铜佛（重10万斤以上），以及湖北当阳县玉泉寺铁塔（13级，重10万多斤，为分级铸造而成的，工艺精美，装饰图像生动）。中国传统的陶瓷制造技术进一步纯熟——对外贸易始终是这一传统手工业发展的一个推动力量。宋代彩瓷、青瓷、白瓷的工艺超过了唐代。在900～1000年间（五代十国到北宋初期），制瓷技术传到了波斯，进而向西方那些早已掌握了制陶技术的地区轻而易举地扩散。1223年，日本人加藤四郎来到中国，学会了造瓷技术。
在南宋快要灭亡的1260年，中国人对车马的系套方式有了重大的改进，以鞍套、围脖、夹板为主的驾马套车方式出现了。这使牲畜的力量得到了最好的发挥。
宋朝最大的数学家是到南宋时才产生的。北宋时最有名的数学家只有贾宪（11世纪人）。贾宪的两部数学著作失传了，但他以首创高次幂开方法——贾宪三角而留名。
南宋时出现了一位大数学家秦九韶（1202～1261）。秦生于四川，辗转来到了南宋的京城杭州。除了古代数学遗产外，秦还经常“从隐君子受数学”，这些隐君子中有中国民间数学家，也不乏旅居杭州的阿拉伯学者和商人。他写了《数学九章》，创立求数学方程正根的方法。在秦九韶看来，数学“大则可以通神明，顺性命；小则可以经世务，类万物”（《数学九章序》）。
比秦九韶年龄小一些的杭州人杨辉也是南宋一个有名的数学家。杨辉于1261～1275年间写出了5部数学著作，其中有《详解九章算法》12卷和《续古摘奇算法》2卷。他对简捷算法十分有研究，“杨辉算法”便是一个成果。在杨辉最后一部数学著作问世的4年以后（1279），杭州城被元兵攻破，所以他可能在元朝初年度过了余生。人们借助他的著作还可了解北宋数学家贾宪的一些成就。
宋代在技术方面是一个新发明层出不穷的时代，出现了一大批发明家、能工巧匠和有影响的科学家。但宋王朝的国祚却一步一步地江河日下。在经济方面，宋朝从一开始就没有实行过大的改革，中国社会的一个基本矛盾——土地集中和无地人口增加的问题始终存在。农民的反抗在两宋初期、中期和末期都时有发生。王安石在1067年的艰难改革便是企图从根本上扭转宋朝国运日下趋势的尝试，但失败了。北宋王朝被金兵推翻后，南宋时期已根本没有力量问师中原。宋代统治者的政策在很多情况下起到了推动科学技术发展的作用。然而，宋代产生和成熟了的一大批科学技术成果没有能够改变宋王朝走下坡路的趋势。
最后还应看到，宋代人对他们的新发明也不光应用在生产、战争和经济生活中，而且也应用到了文化生活的其他方面。例如用火药造成了爆竹来做庆贺的礼炮，在发明了纸币的同时，还把它应用到了祭祖方面，在丧礼和扫墓时便烧以数量很大的纸钱、纸人和纸马，来完成一项礼仪。
在宋代产生的一种最不文明和不人道的做法也许要数妇女缠脚，这一习俗可能在五代时开始，在宋代盛行起来，它表明汉族人在逐步失去唐代那种豪放的开放精神。这大概是因为宋距唐已远，宋初“田制未立”，且放纵地主兼并土地，生活日益富有闲裕的地主对文化生活的要求高了，在中原和江南新兴的城市生活中，繁荣和颓靡同时滋生。宋代汉族人的生活中缺乏其他民族的习俗和风气，而且在社会内部又不能产生新的政治、经济、文化方面的变革，沉闷的社会风气便孕育出了这种病态地对待妇女的心理，人们以摧残妇女的生理天足为追求美的方式。这种习俗从根本上是不符合儒家的传统思想的，因为孔子十分强调“身体发肤，受之父母，不可损毁”。从宋代开始一直到中华民国初期缠足被开始根除时，一代又一代的大家闺秀和小家碧玉以及无数穷苦人家的女子为此承担了无穷无尽的肉体痛苦，并且日益被排挤到社会生活的后台。奇怪的倒是在北方游牧民族——蒙古族和满族统治中国的时期，尽管接受了中国传统的政治思想，但却没有按照他们的标准（过游牧生活的妇女是不可能缠足的）来革除汉族人的这一落后习俗。当然，这也许并不奇怪，因为他们只是统治者而不是革新者。总之，中华文明在自己的科学技术最辉煌的宋代，也产生了自己最落后的习惯，预示着这个文明在缺乏世界外部强烈新刺激时已经暴露出了“裹足不前”的一面。
辽国兴衰中的技术
与北宋相比，公元916年（唐灭亡后的第10年）建立的辽国明显的优势是没有中原和南方地区那样的世族豪强，这有利于新兴的契丹贵族政权的政治统治。在经济方面由于辽地兼有农业和牧业，使辽国能够建立一支强大的骑兵。由于唐帝国以来对辽东的开发，辽的技术水平是同中原地区相当的。大量的汉族人民保证了中原在技术上的进步能被辽国毫不费力地移植过来。辽的弱点是民族矛盾始终存在，当掌权的贵族集团日益在政治上和心理上蜕化之后，这个政权就比较容易被其他民族推翻。女真族的金国正是在这种情况下取辽而代之的。
与中原及南方的宋朝地区不同的是，辽国境内不是中国文化的中心，社会的文化环境不同于宋朝。在辽国当官的汉族官员没有多少人热心著书立说，更没有去谈论“理”和“性”之类的学说。辽是一个注重实际生活的国家，惟一重要的文化事业是参照汉字在立国之后创制成契丹文，用于发布命令和撰写历史文献。在冶金、建筑、纺织、工具和武器制造方面，辽却不比中原逊色。虽然火药最先不是由辽国应用到军事上的，指南针也由于海上贸易不发达而在这里不被重视，但辽代在山西建造的应县木塔却作为世界上最高的木结构建筑（67.31米）而屹立至今。在契丹人征服回鹘之后，辽从新疆得到了西瓜。另外，通过辽同中亚的阿拉伯人的陆路接触（辽的西界在今天蒙古人民共和国的中部），中国的数学中有名的“契丹算法”传入了中亚，并在13世纪初传入欧洲。辽国同中亚在陆路上的密切联系还表现在辽灭亡时中亚被视为一个新的归宿地。耶律大石（1087～1143）率领的军队在金兵的打击下保护部分人西奔中亚，征服了西域几个小国，击退了塞尔柱土耳其人在那里的势力，于1124年建立了西辽国。这个王国存在了87年，最后并入了蒙古帝国的版图。无疑，这个新国家的存在吸引了一大批契丹人、汉人和河西少数民族的西迁，中国的技术和文化通过这个国家伸入了中亚腹地。
金的盛衰和科学技术
金的崛起正是辽衰落的时候。由于金在灭辽时也从中原赶走了北宋王朝，所以，这个北方的新王朝对南迁的宋王朝扮演了一个比辽更强大可畏的角色。统治了中原大部分地区之后，金的经济和技术实力大大增强了，从最初以游牧民族为主的部落集团变成了以农业民族为主的国家，最后在科学和文化方面都更接近一个传统的中原王朝。据《金史·世纪》记：“生女直（金）旧无铁，邻国有以甲胄来鬻者，倾资厚贾以与贸易，亦令昆弟族人皆售之。得铁既多，因之以修弓矢，备器械，兵势稍振，前后愿附者众。”
金是第一个以北京为都的王朝，最先在北京建造了宫殿，建造了天文观象台。火药是中原地区的最新技术，最初北宋用它来对付金兵。金兵在打败宋兵后便掌握了这一技术，并用火药武器来对付蒙古人的军队。结果又是蒙古军队打败了金兵，并用火药武装了他们自己。就像相对先进的技术没有帮助北宋战胜金一样，金也没能依靠中原的先进技术战胜蒙古骑兵。金经历了同它的前代辽一样的历史命运——崛起，强盛，衰落，经常陷入民族矛盾、经济矛盾、阶级矛盾、统治集团内部的矛盾等历史漩涡之中。
金朝时期，在中国北方出现了三位医学大师：河北人刘完素（1120～1200）拒绝做官，在民间行医，研究《黄帝内经》达35年之久，著有《素问玄机原病式》和《伤寒直格》、《宣明论方》等。他最为得心应手的是用寒凉药物治疗热性疾病。河南人张从正（1156～1228）继承了刘的思想，著《儒门事亲》医书15卷，他擅长用汗、吐、下三法攻邪驱病。师承刘完素的河北人李杲（1180～1251）根据《黄帝内经》的思想建立了补益脾胃、滋养元气的治疗原则，著有《脾胃论》、《内外伤辨惑论》、《兰室秘藏》等。
李冶（1192～1279）是金代最大的科学家，也是当时世界上最伟大的数学家之一。他的名字原来叫李治，为了把自己和唐高宗李治区别开来，便在治字中去掉了一点。李冶是河北人，父亲在金朝做官。他在进京参加科举考试后被录取，被任为陕西的一个地方官，后升迁为河南中州（禹县）的地方行政长官。当元兵灭金后，他先后在山西和河北隐居研究数学，并结交志趣相投的朋友切磋学术。他写了许多数学著作，但在临终前告诉儿子，除了留下《测圆海镜》外，烧掉其他书。在他看来，只有这本书才对将来的人有用处，但他的儿子并没有按照父亲的嘱咐去做，所以他的《益古演段》和另外几部书都留了下来。李冶在隐居期间多次受到元世祖忽必烈（1215～1294）的召见。在强召下李冶入京当了几个月的官，参与撰修辽、金史的工作，但随之以年老为由辞官回家，重新投入自己的学术生活中。
李冶的著作表明中国的数学家对高次方程（天元术）的研究已达到了极高的水平。这位和秦九韶、杨辉同时代的北方数学家批评了当时读经的知识分子中把数学视为九九贱技的思想。在谈到数学的意义时他说道：“谓数为难穷，斯可；谓数为不可穷，斯不可。何则，彼冥冥之中，固有昭昭者存。夫昭昭者，其自然之数也。非自然之数，其自然之理也。”（《测圆海镜·序》）自然之数反映自然之理，这是对数学和自然界事物规律性关系的正确认识。另外，他同时也指出数的关系“远而乾坤端绪，幽而神情鬼状……大可以通神明，顺性命；小则可以经世务，类万物”。李冶的这些思想是无愧于大数学家称号的。
李冶成长在金代，开始专门研究数学在元代，他的主要著作都是在金亡十几年后才写成的。可以设想，如果他像他的同时代人刘秉忠、许衡、姚枢等人那样去元朝宫廷做官，那么他可能就没有很多的精力来完成数学方面的研究。但也可以肯定，他的家产和在金朝做官时的积蓄完全可以支持他简朴的学术生活，否则他也无法完成数学的著述和研究。
