在《诸家神品丹法》卷五中，载有唐初医学家兼炼丹家孙思邈的“丹经内伏硫磺法”，从中可知当时已经掌握了由硝石、硫磺、木炭混合在一起的火药的初步配方：将硫磺、硝石的粉末放在锅里，然后加入点着火的皂角子，就会发生焰火。这是现在发现的最早一个有文字记载的火药配方。据此推测，我国火药最迟在唐朝初年就已经发明了。
最早完整地刊载火药的配方和制造工艺的，是北宋官修御定的《武经总要》。《武经总要》成书于公元1044年，该书的第11、12卷中，记载了制毒药烟球、蒺藜火球和引火球（也叫“火炮”）三种火药的配方。其中的主要成分是硝、硫、炭，而且硝的比重大大增加。唐代火药硫、硝含量相同，为1：1，而在这三个配方中已增加到1：2，甚至近乎1：3，已与后世黑火药中硝占3/4的配方相接近。同时，又加进各种少量辅助性配料，分别起燃烧、爆炸、放毒和制造烟幕等作用，可见当时的火药配方已经相当复杂了。
到我国宋代，火药开始用于军事。到元代，因为有了火药，就发明了火炮和火铳。
火药在军事上、生产中有着极其重要的作用。马克思曾把火药和印刷术、指南针的发明称作“是资产阶级发展的必要前提”。公元13世纪初期和中期，火药传到阿拉伯国家；13世纪下半期，欧洲知识分子才从阿拉伯书籍中得到有关火药的知识；14世纪上半期，火药开始在欧洲大规模推广，使之发明了枪、炮、弹药等武器。
中国雪和中国盐
中国雪、中国盐并不是指中国的雪和盐。这里是指一种叫“硝酸钾”的化合物。硝酸钾是制造火药的主要原料。
我国早在公元前6世纪时，就发现了硝酸钾。那时，人们称硝酸钾为硝石，古书里有“硝石出陇道”的记载，可见硝酸钾是我国最早发现的。
在汉代药典《神农本草经》里，硝石被列为重要的药材，并用于炼丹术。唐朝时，硝石传到了伊朗，阿拉伯人看到硝石外表像雪，又是从中国传来的，就给它取名“巴鲁得”，意思就是“中国雪”。而波斯人看到它外表像食盐，则取名为“中国盐”。
开始的时候，他们用硝石炼金、治病和制造玻璃，后来学会了用它制造火药。不久，硝石和火药又由阿拉伯传到欧洲。从此，我国的硝石和火药便成为举世公认的发明。
磁现象的发现
早在先秦时代，我们的祖先在探寻铁矿时就发现了磁铁矿，即磁石（主要成分是四氧化三铁）。这些发现很早就被记载下来了。《管子》的数篇中最早记载了这些发现：“山上有磁石者，其下有金铜。”其他古籍如《山海经》中也有类似的记载。
磁石的吸铁特性也很早就被人发现了，《吕氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招铁，或引之也。”那时的人称“磁”为“慈”。汉以前人们把磁石写作“慈石”，是慈爱石头的意思。
既然磁石能吸引铁，那么是否还可以吸引其他金属呢？我们的先民做了许多尝试，发现磁石不仅不能吸引金、银、铜等金属，也不能吸引砖瓦之类的物品。西汉的时候人们已经认识到磁石只能吸引铁，而不能吸引其他物品。
当把两块磁铁放在一起相互靠近时，有时候互相吸引，有时候相互排斥。现在人们都知道磁体有两个极，一个称N极，一个称S极。同性极相互排斥，异性极相互吸引。那时的人们并不知道这个道理，但对这个现象还是能够察觉到的。
到了西汉，有一个名叫栾大的方士，他利用磁石的这个性质做了两个棋子般的东西，通过调整两个棋子极性的相互位置，有时两个棋子相互吸引，有时相互排斥。栾大称其为“斗棋”。他把这个新奇的玩意儿献给汉武帝，并当场演示。汉武帝惊奇不已，龙心大悦，竟封栾大为“五利将军”。
指南针的发明
指南针是我国古代的四大发明之一。早在战国时期，我国人民就利用磁铁制造了一种指示方向的工具——“司南”，司南就是指南的意思。
司南的样子像一只勺，由整块的天然磁铁琢磨而成，底圆，可以在平滑的“地盘”上自由旋转，等它静止的时候，勺柄就会指向南方。“地盘”是用青铜做的，有的是个涂漆的木盘。这种底盘内圆外方，四周刻有八干（甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸）和十二支（子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥），加上四维（乾、坤、巽、艮）共二十四向，用来配合司南定向。
到宋代时期，我国劳动人民已会制造人工磁体，这样就产生了更高一级的磁性指向仪器。制造人工磁体的方法之一是把钢针放在天然磁体上摩擦，因传磁而有了磁性。直到19世纪现代电磁铁出现以前，差不多所有的指南针都是采用这种人工磁化法制成的。
据沈括《梦溪笔谈》记载，北宋时有四种不同装置的针型指南针，即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法。
人们把经过磁化的钢针，穿上几根灯草，放在一只盛满水的碗里，它就能浮在水上为航海船只指示方向，这就是水浮法。水浮法指南针漂浮于水面，能相对保持磁针的水平和稳定，比较实用，正是这种指南针，首先应用于航海事业。缕悬法是把一根磁针用单丝粘住，悬在木架上，针下则安放一个标有方位的圆盘，静止时，钢针就指示南北。缕悬法指针转动灵活，在指导方位上准确性较高，但使用时不能有风，物体不得晃动，有很多限制。
指南针在航海上的应用，又加速了指南针本身的发展。南宋时期，开始把磁针与分方位的装置组成一个整体。这种仪器近代叫罗盘，古代则有不同的名称，或曰地罗，或曰针盘，还有的叫子午盘、定盘针、经盘等。1274年吴自牧《梦粱录》里面提到，舟船遇“风雨冥晦时，惟凭针盘而行”。最晚到这时，指南针已经发展成罗盘针了。但直到明代中叶，罗盘针仍然是水浮针。
指南鱼和指南龟
指南针在历史上有很多不同的形态，其中比较有意思的是指南鱼和指南龟。
指南鱼大约在北宋初年被发明出来。它用一块薄薄的钢片做成，样子很像一条鱼。它有两寸长、五分宽，鱼的肚皮部分凹下去一些，使它可以像小船一样浮在水面上。钢片做成的鱼没有磁性，所以没有指南的作用。如果要它指南，还必须将鱼形钢片放在火里烧红，趁热夹出，顺南北方向放置地面，冷却后因受地磁感应而带有了磁性。虽然磁性很弱，但也可以用来指示方向。
当时不但有钢片做的指南鱼，还有用木头做的指南鱼和指南龟。用木头做指南鱼的方法是用一块木头刻成鱼的样子，像手指那样大，在鱼嘴处往里挖一个洞，拿一条磁铁放在里面，使它的S极朝外，再用蜡封好口。另外用一根针从鱼口插进去，指南鱼就做好了。把指南鱼放到水面上，鱼嘴里的针就指向南方。
指南龟也是用木头刻成的，放磁铁的办法和木头指南鱼一样，磁铁被插在尾部。不过它有比木鱼更加独特的装置法，就是在木龟的腹部下方挖一小穴，然后把木龟安在竹钉子上，让它自由转动。这就是说，给木龟设置一个固定的支点。拨转木龟，待它静止之后，它就会南北指向。
古代观测风的仪器
东汉科学家张衡，在公元132年发明了一种候风仪——相风铜鸟，这种仪器制作简单，即在空旷的地上立一根五丈高的长杆，杆上装一只可以转动的铜鸟。人们可以根据铜鸟随风转动的方向来判别风向。但这种仪器最初造得比较笨重，古籍中说它要在千里风来的时候才会动。
随着科技的进步，风向器也开始不断得到改进，使它受小风也能转动。在晋代，太史令就设有木制相风鸟。以后相风木鸟就渐渐普遍。
但在军事和交通等方面，最好采用构造更加简单的风向器。于是又出现了用鸡毛章成的风向器，这种风向器所用的鸡毛重约五两到八两，章成羽片挂在高杆上，让它被风吹到平飘的状态，再进行观测，这种羽毛风向器就称为“五两”。这种风向器，在唐代以前就有了，但是在唐代和唐代以后，变得十分普遍。
我国古代还有一种风向旗，在旗上系着小铃，挂在高杆上，随风飘动。观测的人听到铃声，去看旗被吹动的方向来断定风向。这是与现代风向袋相似的一种仪器。
我国古代除观测水平各向的风外，也观测自下而上和自上而下的旋风，方向混乱的乱风。例如，把自上而下吹的风叫做“颓风”，也叫“焚轮风”；自下而上吹的风叫做“飙风”，也叫“扶摇风”等，说明对风的观测是细致的。
观测风不单要观测风向，也需要观测风力。在唐代，已经采取地面物体受风影响所表现的破坏程度来表示风力大小，在李淳风所着的《乙巳占》中，就把风力分为动叶、鸣条、摇枝、坠叶、折小枝、折大枝、折木飞砂石或伐木（折木）、拔木树和根八级。并把风向由原来的8个方位发展到24个方位。
雨量器的发明
我国古代十分重视对雨水的观测，在甲骨卜辞中，对雨已经有“大雨”、“猛雨”、“疾雨”、“足雨”、“多雨”、“毛毛雨”等区别，而且还注意到雨的来向。
雨下的是否及时，以及雨量的分配和多少，直接影响着农业生产。这就迫使我国古代国家对上报雨量的重视。在南宋秦九韶着的《数书九章》一书中，有一个计算雨量器容积的算题，可见那时已有了雨量器。
明朝永乐末年（1424年），国家制造了统一规格的雨量器，发到全国各州、县，要求各州县按时报告降雨量。这种雨量器曾传到朝鲜，它与现在气象台站使用的雨量器相仿。
云的观测和古云图
云的观测在人民生产生活中作用很大，因此我国古代劳动人民很重视云的观测。在《诗经·小雅·信南山》中就有“上天同云，雨雪”的话，意思是说：下雪的云，在天空中是均匀一色的。在《吕氏春秋·有始览·有始篇》中，已经把云按形状分为“山云”、“水云”、“旱云”、“雨云”四种。
为了辨认云，就需要云图，我国目前发现的最早的云图是马王堆三号墓出土的《天文气象杂占》，这份云图是为军事需要占卜吉凶而用的。
至于文献中的云图，《汉书·艺文志》中着录有《泰壹杂子云雨》和《国章观霓云雨》等书，这些书很可能附有云图。宋代郑樵《通志略·艺文略》、《宋史·艺文志》、《宋史新章·艺文志》等史籍中有《日月晕珥云气图占》一卷、《天文占云气图》一卷、《云气图》一卷、《占风云气图》一卷等云图。可惜都已经失传。
胆水炼铜
胆水炼铜，也叫胆铜法，这是水法冶金的起源。它是中国的一项伟大发明，在世界冶金史和化学发展史上占有重要地位。
我们的祖先在冶炼铜的实践中，以及在探索各种物质所进行的变化的一些实践中，逐渐对铁和铜的盐类相接触而发生化学作用有了认识。胆铜法是把铁放在胆矾（硫酸铜）溶液（俗称胆水）中，使胆矾中的铜离子被金属铁所置换而成为单质铜沉积下来的一种产铜方法。
胆水炼铜法约始于西汉。西汉成书的《淮南万毕术》有“曾青得铁则化为铜”的记载，“曾青”又有“石胆”、“胆矾”等名称，是天然的硫酸铜。东汉的《神农本草经》也说：“石胆……能化铁为铜。”到了南北朝时期，梁代的陶弘景又进一步发现胆铜法的原料不限于硫酸铜，只要是可溶性的铜盐，就会和铁起置换反应。
胆铜法有许多优点。它可以就地取材，在胆水多的地方设置铜场，设备比较简单，技术操作容易，成本低廉。同时，因为在常温下提取铜，不像火法炼铜那样需要高温，既节省燃料，又不必使用鼓风、熔炼等设备，且不论含铜量多寡，贫矿富矿都能应用。
宋代，由于社会经济的发展，铜的需要量增大，水法炼铜的胆铜法得到了推广。北宋时，胆铜产量每年达100多万斤，占当时铜总产量的15.5%；南宋铜产量虽然大减，但胆铜比重却大大增加，曾占总产量85%以上。
《宋史·食货志》记载过宋代所采用的胆铜法中一种具体操作方法，就是在胆水产地设胆水槽，“以生铁锻成薄铁片，排置胆水槽中，浸渍数日”，薄铁片表面便有一层“赤煤”（铜的粉末）覆盖。把薄铁片从胆水槽中取出，刮取铁片上的“赤煤”。因“赤煤”几乎全是单质的铜，把它放在炼炉里略加炼制，即可得到纯铜。当时，人们已经根据不同情况掌握了合适的浸铜时间。水法炼铜的胆铜法，在宋代已经发展成一套比较完善的工艺了。
在欧洲，水法炼铜出现比较晚。直到15世纪50年代，欧洲人把铁片浸入硫酸铜溶液，偶而看到铜出现在铁片表面，还十分惊讶，当然就更谈不上应用水法炼铜的原理来生产铜了。
灌钢法的发明
灌钢法是由南北朝时的北齐人綦母怀文发明的。根据《北齐书·方伎传》的记载，东魏、北齐年间（534～577年），綦母怀文选用宿铁作为刀刃，造出了锋利异常的宝刀，可以在一斩之下劈断30片金属甲片。
在制作宿铁刀时，綦母怀文没有用通常的水冷法铸刀而是“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”，就是用牲畜的尿和脂肪来帮助炼钢。因为牲畜尿中含有盐类，具有比水更高的冷却速度，所以能使淬火后的钢获得较高的硬度；牲畜油脂冷却速度较低，能避免钢淬火时脆裂，提高钢的韧性，减少它的变形。
綦母怀文知道使用不同类型的淬火剂，表明他已清楚地认识到淬火剂同淬火后钢的性能之间的关系，成功地使用了油淬和尿淬的金属热处理工艺。
玻璃小史
玻璃古名颇黎。中国目前所藏最早的玻璃制品被认为是战国时代的遗物，至于是自制还是国外运来的还待考证。
古时候，对玻璃的有关传说各异。曾有人认为玻璃是天然的东西，不是人造的，因而人们视玻璃制品为珍宝而用于随葬。
战国至秦汉时期，我国玻璃制造业进一步发展，品种增加，有蓝、绿、翠绿、黑等单色玻璃，有俗称“蜻蜓眼”的多色玻璃珠。三国以后，玻璃制造方法一度失传。北魏时，大月氏商人曾到山西大同传授烧制玻璃的技术。
据《隋书》卷六十八载）记载：把玻璃视为奇珍异宝的情况一直到唐代，由于国人（6世纪）何稠学问渊博，工于技艺，他鉴于中国玻璃难得，就改传统的制瓷方法制玻璃，制得的玻璃质量也良好，从此中国就可以自制玻璃了。