我国古代的四大发明——造纸、活字印刷术、指南针和火药，是中华民族对人类文明的重大贡献。而后三样发明，都是在宋代出现的。
根据资料记载，最早的印刷术，是隋唐之际发明的雕版印刷。它是先用手工刻出阳文反字，涂上黑墨，然后复印在纸上。这种方法比手抄要经济许多。但雕版所花的工夫太长，而且刻好一块木板，要改动一个字，就得全部重刻；如果要印别的书，又得重新雕字。
宋代庆历年间（1041年—1049年），有个叫毕昇的工匠，觉得雕版印刷很费事，就想改变这种状况，他经过反复琢磨，终于发明了胶泥活字印刷术。
所谓胶泥活字，就是用胶泥做成的单字。先用一种很细的黏土，做成许多方块，刻上反字，一字一枚，然后放在土窑里用火烧硬，再按字韵顺序排列在专用的盒子里。排印时把一个个活字捡排在铁框里。铁框的底部撒上松香、蜂蜡、纸灰等带有黏合性的混合物，将排好字的铁框拿到火上加热、压平。待冷却凝固后，框中的活字既平整又坚固，就成为版型，涂上墨就能印刷。印刷时，可以用两块铁框同时交替进行。一版在印刷，另一版便继续排字，使印刷不会中断。每版可印1000次以上，速度快，质量好。经常用的字，就刻制几十个活字；冷僻的字，随用随刻，立即烧硬就可使用。印版中发现错字，也可随时更换。完毕之后，将版型放在火上烘烤一下，等脂蜡熔化活字就会从铁框上脱落下来，然后供重复排版使用。
毕昇所创造的胶泥活字印刷，是一套完整的印刷技术，已具有制作活字、排版和印刷三个环节，与现代铅字排印原理基本一致，它是现代铅字印刷的前身。
后来活字印刷术流传到了国外，最早传入朝鲜。大约在13世纪初，朝鲜人在学习宋代活字的基础上，首先发明了金属活字，然后又传入亚洲其他各国。欧洲人采用活字印刷则比较晚，那已是15世纪中期以后的事了。
提起印刷术，不能不提到宋代一个非常著名的科学家沈括。
沈括是钱塘（今浙江杭州）人，出生于1031年，死于1095年。他一生在科学的很多方面做出了贡献。
沈括晚年的时候，写下了一部科学著作，叫《梦溪笔谈》。这是一部宏伟的著作，论述、记载了包括天文、历法、数学、物理、化学、生物、地理、地质、医学、考古、文学、音乐和绘画等许多方面的内容。其中最为著名的就是记载了毕昇发明和运用活字印刷的情况。可以这样说，如果没有沈括的记载，我们今天就不知道是毕昇发明了活字印刷术。
沈括的《梦溪笔谈》还记载了宋代的另一重大发明，那就是指南针。
早在东汉以前，我国的劳动人民就已经知道利用天然磁石制成一种形状像勺、能辨别南北方向的工具，那就是最早的指南针，当时把它称作“司南”。
“司南”在磨制成形的过程中，因为受击发热而容易失去磁性，因此制成后的磁性较弱，指南效果不好。
宋代人针对“司南”的不足，创造了人工磁化的方法，使指南针的使用获得了重大进步。
根据人们的总结，宋代的指南针有四种不同形式：一种是把指南针浮在水面上，让它自由转动；一种是把指南针放在手指甲上，利用指甲的光滑，指针可以灵活转动；另一种是把它放在光滑的碗唇上，使它旋转；而最好的一种，就是用蜡把细丝线缀在指南针的正中，将它悬挂在无风的场所，让它灵活转动。
宋代人在发明了可以准确指示方向的指南针之后，立即将之应用于航海。
在北宋末年一些人所写的书籍中，就有关于海上航行应用指南针的记载。沈括对指南针的使用方法及其性能有细致的观察和研究。因此，在利用指南针进行地形测量时，他发现磁针所指的方向并不是正南，往往是稍向东偏移。这种物理现象，欧洲人是直到哥伦布远渡大西洋时才发现的，沈括的发现整整早出了400年。
火药在宋代之前早已经出现了，但配方不合理，因此没有获得广泛应用。到了宋代，火药配方有了改进，增加了硝的含量，并加入了其他易燃、易爆及有毒原料，从而使火药真正具备了威力。
火药有了威力，宋代人就把它运用到军事上。大约在9—10世纪，火药已经被用来制造兵器。970年，有个叫冯继升的人，向宋太祖演示了火箭的制造法。这种火箭的用法是，点燃箭头附近装的用火药制成的燃烧物，用弓射向敌营，它可以被看作是最早的火药兵器。
到了后来，火药兵器的种类越来越多，最后出现了利用火药的爆炸性能制造的铁火炮，也就是炸弹。
火药的制造方法，在13世纪的时候，传入了伊斯兰教国家。大约100年之后，欧洲人在与伊斯兰教国家的战争中，才学到火药武器的制造方法。