沈括是奇才奇人，而且是大才全才，他对自然科学的所有领域都有兴趣，也均有建树，沈括之世欧洲一片沉寂，而沈括之见在当时地球上可称为明烛炬火，照彻长夜。
沈括第一个对我国华北平原的成因作出了关于海陆变迁的精彩论述：
予奉使河北，遵太行而北，山崖之间，往往衔螺蚌売及石子如鸟卵者，横亘石壁如带。此乃昔之海滨，今距东海巳近千里。所谓大陆者，皆浊流所湮耳。
沈括告诉我们，太行山中有螺蚌壳证明了地球演化过程中，曾经有过的沧海桑田之变，同时他还指出今华北平原是带泥沙的河流冲积而成的。“今距东海已近千里”的东海当是渤海，因为渤海在东，古人亦称东海。
沈括游雁荡山，写有《雁荡山记》，共约450字，抒情、写景、怀人却教人目不暇接。开首便道：“温州雁荡山，天下奇秀，然自古图牒，未尝有言者。”这是为什么呢？直到宋真宗祥符年间，“因造玉清宫，伐木取材，方有人见之，此时尚未有名”。即便是号称山水诗圣的谢灵运为永嘉太守时，“游历殆遍，独不言此山”。到底雁荡风景藏匿何处呢？沈括接着写道：
予观雁荡诸峰，皆峭拔险怪，上耸千尺，穹崖巨谷，不类他山，皆包在诸谷中。自岭外望之，都无所见；至谷中，则森然干霄。其原理，当是为谷中大水冲激，沙土尽去，惟巨石岿然挺立耳。如大小龙湫、水帘、初月谷之类，皆是水凿之穴。自下望之，则高岩峭壁，从上观之，适与地平，以至诸峰之顶，亦低于山顶之地面。
沈括明确指出了雁荡山的流水侵蚀之自然成因，并“包在诸谷中”，倘不人谷进山那就无所见了。沈括进而联想到陕西黄土高原的沟壑，也是流水侵蚀分割之故，“亦雁荡具体而微者，此土彼石耳”。
竺可祯先生论及沈括雁荡之见时概而言之道：“在我国十一世纪时，而有此种见解，可称卓识。”地学思想中的沈括，其见地和想像力以及广泛的野外考察所得的实据，在当时之世堪称天下第一。欧洲经历中世纪的黑暗的摸索，表达同类见地并为科学地球史奠基，比沈括晚了至少400年！沈括的出现与成就都不是一种孤立的现象，而是与整个宋代社会科学思想的活跃，四大发明在长江流域的完成密切相关。
雕版印刷起于唐五代时期的成都与杭州地区，可以说是民间工匠的创造。五代晚期，雕版已用来刻印经书，一般认为后蜀母昭裔的九经刻印早于后周冯道。到宋朝，雕版印刷盛况空前，以长江流域为最。其原因不外乎读书、写书的人多，推动刻书之风；纸张与印刷技术的进步；出版的自由和思想活跃。
纸的历程告诉我们，从麻料到树皮纤维造纸是一个进步的台阶；由木本植物的韧皮部到以整个草木植物的茎干，又上了一个台阶。竹纸出现于宋朝，以竹的整个茎干造成，长江流域竹子资源的丰富为后盾，竹纸的鲜亮让别类纸张大逊其色了。苏东坡在《东坡志林》中说：“今人以竹为纸，亦古所无有也。”长江流域宋时竹纸最负盛名的，在江浙一带，谓“越竹纸”。南宋的《负暄野录》说：“今越之竹纸，甲于他处。”还写了制作过程：“又吴人取越竹，以梅天水淋，了令干，反复捶之，使浮茸去尽，筋骨莹澈，是谓春膏，其色如腊。若以佳墨作字，其光可鉴，故吴笺近出，而遂与蜀纸抗衡。”《会稽志》又说：“然今独竹纸名天下，他方效之，莫能仿佛，遂掩藤纸矣。竹纸上品有三：曰‘姚黄’，曰4学士’，曰‘邵公”，三等皆佳。”宋代竹纸以越产为佳，首先是因为越竹的青翠细腻、品质精良，而加工程序则大同小异，是有一方山水一方竹、一方青竹一方纸之谓。
宋时文人，宋时书法，宋时竹纸，雕版印刷后的宋版名著大为流行，今北京图书馆馆藏乾道七年《史记集解索隐》、绍兴戊辰《毗庐大藏》，均为竹纸刻印者。公元971年，在成都刻印的全部《大藏经》共1046部，5048卷，雕版达13万块，花费了12年，这是世界印刷史上规模浩大的工程之一（《科学的历程》，吴国盛著印刷质量的另一关键是墨，到宋朝墨业发展、墨品优异、墨工辈出，而使宋版书“墨色如漆”、“墨质精纯”，传为千古佳话。墨中之宝为歙墨一即徽墨。歙墨起源于奚超，于唐末和其子廷挂自易水渡江，迁居歙州，南唐赐姓李氏，始有“二李歙墨当世一绝”之誉。二李之墨以胶法闻名，宋时墨工得其真传，继承了传统工艺，造墨名人接二连三。比如柴珣、沈挂、张遇、潘遇、张谷、潘谷等。《春渚纪闻》的作者宋人何遼自云儿时曾于彭门寇钧国家见其先世所藏李廷珪下至潘谷十三家墨的盛况，用了八个字：
断王圭残璧，灿然满目！中国传统文化的博大、精美、深奥，仅以一本书而言，首先包括了纸和墨，然后是书法、学问、才情、识地，到雕版、印刷、装订的各种细节。如果所有细节都是精美的，整体的精美自不待言，而且这样的精美又岂能仅仅以精美言之？
宋时理学大行其道，但没有文字狱，出版也相对自由。朝廷印书，地方印书，书院印书，私家坊间只要有财力也可刻可印。“对本朝历史、历书以及属于国家机密的书，原来不准私人印刷，神宗熙宁年间，连这种禁令也放松了。宋罗璧《识遗》说得好：‘禁刻一弛，则私刻坊刻，风起云涌，刻印遍及全国。’”（《中国长江流域开发史》，万绳楠等著）
中国书籍有版权页，并郑重声明“版权所有，不得翻印，盗印必究”之类的版权术语，也起源于宋代。印刷业兴盛，盗印必也随之而起，宋人便史无前例地提出了版权问题。宋程舍人宅刻本《王称东都事略》目录后有长方碑记，上有“眉山程舍人宅刊行。已申上司，不许复版”之语。不甚了然的是“已申上司”是什么意思，想来不会是“三审通过”，而只是知会地方官或专门负责相关事务的官员，待考。也有另一类的保护版权之法，如宋刊本祝穆《方舆胜览》自序之后，有两浙转运司的告白：禁止翻刊、翻版，如有翻版人，允许陈告追究，毁版施行。
编著、印刷、出版又与宋代教育事业的发达景象相关，其时除了京城的太学等学府外，地方上有州学、府学、军学、县学，而最具宋时长江流域教育特色的是书院。
书院一词始见于唐代。唐开国以后广收典籍，购求散佚。开元初年，马怀素、褚无量等人上书请求进行大规模图书整理。开元六年，乾元殿更名为丽正修书院，开元十三年又更名为集贤殿书院，隶属中书省。该书院非读书之地，而是收藏整理图书，“刊辑古今之经籍”。不过无论如何，总是集中了一批饱学之士，书院自然而然成为一时学术中心。约略言之，书院之名起于唐，唐也有了私人书院，到五代成为一种教学方式，其名或称书院或称精舍，合讲学、藏书、祭祀于一体，而确立与兴盛在宋代。
宋初有天下四大书院之说，各家所指有异，但白鹿洞书院、嵩阳书院、应天府书院、岳麓书院、茅山书院、石鼓书院均为名噪一时的大书院。到南宋时，一方面国势日衰、土地沦陷，官学教条而腐败；另一方面，书院却更加欣欣向荣。
长江流域沿江书院占宋代书院379所之11，为272所。其中最为史家称道的有白鹿洞书脘、岳麓书院、东林书院等。
唐德宗贞元年间（公元785年至804年），洛阳人李渤与其兄李涉在庐山五老峰下隐居读书，并驯养了一只白鹿，人称李渤为白鹿先生，隐居所在的山谷从此被称为白鹿洞。南唐升元四年，李氏朝廷在白鹿洞建庐山国学，也称白鹿洞国庠、白鹿国学、庐山书堂、匡山国子监，是与当时秦淮河畔的金陵国子监相似的官立学校。南唐覆灭，庐山国学也告终结。
宋初，有江州读书人在庐山国学旧址重开学馆，人称学堂也称书院，这是白鹿洞书院的真正开端。
太平兴国二年（公元977年）江州知州周述将白鹿洞书院办学情况奏闻朝廷，宋太宗将国子监刻印的九经等书赐送，以为嘉勉。以后整修并塑孔子像，可惜毁于战火。白鹿洞书大宋掠影鲁院真正成为海内知名书院，是在南宋淳熙年间（公元1174年至1189年1179年秋色宜人时，朱熹到了白鹿洞北宋书院遗址，山光水色中感慨无限。书院旧迹可寻，有林泉之胜而无市井之喧，实在是读书好去处。朱熹便呈送了《申修白鹿洞书院状》。1180年3月，踏青时节，书院修复初具规模，朱熹率官吏及师生至白鹿洞，祭祀先师先圣，再行开学典礼，朱熹升堂讲第一课一一《中庸》首章。
朱熹列立《白鹿洞书院揭示》，也称“白鹿洞洞规”，即五教：父子有亲，君臣有义，夫妇有别，长幼有序，朋友有信。为此又有为学、修身、处事、接物之要目。
为学之序是：博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之；修身之要是：言忠信，行笃敬，惩忿窒欲，迁善改过；处事之道是：正其谊不谋其利，明其道不计其功；接物之旨是：己所不欲，勿施于人，行有不得，反求诸己。
朱熹为白鹿洞书院所立课程，是从《礼记》中辑录而出的《大学》、《中庸》，与《论语》、《孟子》合成四书，置于五经之上，而在教学过程中朱熹青灯伏案所撰写的《四书集注》，为学者所爱，是书院的教材。朱熹在白鹿洞书院所采行的是导师制教育方法，山长、洞主作为主讲者，在德行、学问各方面实行全面指导。既升堂讲学，正襟危坐；也自学理会，沉思默想；还互有切磋，推敲质疑。有时同赴山水之间，共享林泉天籁，这时候可以不拘礼规，能够手舞足蹈，大约是读书人难得的开心时刻。由此，白鹿洞书院成为“天下书院之首”。
岳麓山中有岳麓书院，自晋以来到清光绪二十九年改为湖南高等学堂的近千年间，在不同历史时期，均不同程度地代表或影响整个中国书院的发展趋势，是中国古代一处重要的学术中心。
南宋时，岳麓书院是当时学界影响最盛的湖湘学派基地。绍兴末年，湖湘学派的创始人胡宏的门徒张拭为岳麓书院主讲，他反对把书院当作获取功名利禄之地，反对科举取士之道。在“三代导人，教学为先，人伦明、小民亲而王道成”的理想之下，岳麓书院在世风日下、人心不古之世，一时成为不计利禄一心求道，经世济民博取精守，刻善治学尊师重道之地。
岳麓书院学风广大，博采诸家，1167年秋曾有朱熹与张木式会讲之盛举，轰动学界。会讲的题目是“太极”与“中和”，各抒己见，各有妙论，辨析异同而又不失斯文。朱熹理学在南宋、元代和明初为极盛，王阳明以“心学”、“致良知”与之抗衡，于1507年到岳麓书院讲学，使人耳目一新。
近代以降湖南学风大振、人物众多，岳麓书院就文化渊源来说，其影响辐射广布湖湘，实为孕育之地。一种风气之下，才会有雨霖甘泽，而百木争生之地，自能出栋梁之材。
东林书院是原宋代理学家杨时讲学之地，在无锡惠山脚下。明万历三十二年顾宪成在杨时旧地正式建东林书院，并与高攀龙一起主讲。“风声雨声读书声声声入耳，家事国事天下事事事关心”便是顾宪成为东林书院所题之对联。东林书院影响之大，无锡《金匮县志》称：“远近名贤，同声相应。天下学者，咸以‘东林’为归。”东林书院以儒家正宗的面目出现，但其学风却相当活跃，反对明哲保身、传食诸侯，而且议论朝政、褒贬人物，并倡导清廉、主持正义。上则“庙堂亦有畏忌”，下则百姓以东林之人为贤良，是有“一堂师友，冷风热血，洗涤乾坤”之誉。
宋时书院之多可谓举不胜举，还如衡州石鼓书院、绍兴稽山书院、婺州丽泽书院、吉州白鹭洲书院、邛州鹤山书院、福建龙溪书院、桂林象山书院等均在南方而主要又是在长江流域兴起的。
书院既非官学也非私学，是中国古代特有的一种民间教育结构，为传播、弘扬华夏文化可称其功至伟！书院讲究选址，避喧嚣而求宁静，讲学自由，教训合一，有教无类，人才迭出。其所以选址大都在长江流域，一是南人好读书，二为环境使然。山空鸟灵，林盛泉幽，才是做学问的地方；而层岭绵延之间的草木，瀑布飞泻之下的山峦，无不是天地大书展开的章句。
在大自然的怀抱中，读书、明理、冥想都要贴切而简提，并能为山水间的万类万物所启迪。因而构成了少有人言及的书院一大特色：回归自然。
中国古代书院，是值得中国人永远怀想的。
沈括在《梦溪笔谈》中还记录了活字印刷的发明：
庆历中，有布衣毕升又为活版。其法：用肢泥刻字，薄如钱唇，每字为一印，火烧令坚。先设一铁板，其上以松脂、蜡和纸灰之类冒之。欲印则以一铁范置铁版上，乃密布字印，满铁范为一版。待就火炀之，药稍熔，则以一平板按其面，则字平如砥。
活字印刷术的发明时间为北宋庆历年间（公元1041年至1048年发明人为布衣毕升，这个伟大的布衣使印刷技术又一次产生了飞跃。有论者认为毕升是个刻字工人，但毕升在何处发明了活版印刷，以及生平籍贯等均不详。1993年初，湖北发现毕升墓，生于斯，葬于斯，毕升生活的地域当在长江流域，应无疑义。
毕升活字印刷的原理，与现代的铅字排印完全相似。公元1450年，德国古腾堡访毕升之法，开始了欧洲活字印刷时代。欧洲中世纪的沉睡与黑暗就要结束了，为这一天到来所作的最重要的物质准备，却是由中国人完成的。马克思说：
火药、罗盘、印刷术一这是预兆资产阶级社会到来的三项伟大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，罗盘打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术则变成新教的工具，并且一般地说变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的推动力。
火药在唐代末年就已经在中国出现了。
火药的发明首先要归功于炼丹术士。中国的炼丹术与西方炼金术一样源于原始巫学、巫术，带有很浓重的神秘色彩，不过炼丹术追求的是长生，炼金术希望得到的是黄金，仅此一点，东西文化差异的显而易见与根深蒂固，便是清清楚楚的了。自战国以来，因为长生之术对帝皇的吸引力，中国的炼丹术士得以繁荣炼丹事业。正是在炼丹过程中，大约经常被炸，炼丹者发现了硫磺和硝石的特性，掌握了火药的基本配料。炭、硝石与硫磺相混合的黑色火药配方，到唐末，已经用于打仗了；真正成为较完备的火器是在宋代。
炼丹术士的八卦炼丹炉里，从未炼出过长生不老之丹，却意外地发现、发明了从此使多少人丧生的火药。
这是巫术的科学？
还是科学的巫术？