四大发明中的火药、活字印刷术和指南针都是宋代科学技术发展的卓越成就。火药，起源于道士的炼丹活动，北宋初年开始应用于军事。宋朝与辽金的战争推动了火药武器的进步，火药各种成分的配比更趋科学合理。南宋时出现了管形火药武器“长竹竿火枪”，作战中一人持枪，一人点燃枪管中火药发火烧毁敌方的攻城器械或烧伤敌人，体现了较高的技术水平。
活字印刷术是北宋庆历年间（104l～1048）由布衣毕鼻发明的，方法是用胶泥做成单个的活字，入火烧硬，排版时在一特制的铁板上放置大于印刷版面的铁框，把松脂、蜡和纸灰诸物平摊在铁框内，把泥活字依次排在铁框内，然后加热铁板，使松脂诸物熔化，用平板把活字字面压平，待松脂等冷却后，即可在字面上着墨印刷，完毕后再加热铁板，取下活字，以备再用。活字印刷术在北宋的印刷业得到了广泛的运用。
中国人在战国时代就已经掌握了磁性材料指极的原理，名叫“司南”的指向仪器就是用天然磁石琢成勺状，放在标有方位的“地盘”上使用。北宋时人们发明了人工磁化技术和磁针的装置、使用方法，即指南针，沈括更是在实验中发现了地磁偏角现象，使我国成为最早记录地磁偏角的国家。指南针在北宋时就已经广泛应用于海上航行了。
宋代也是中国传统天文学重要的发展时期。北宋一代先后进行过五次大规模的恒星观测，取得了大量新的数据。两宋时期更是先后16次修订历法，南宋杨忠辅主持修订的《统天历》的回归年长度为365.2425天，被元代郭守敬编制《授时历》时所采用，这与当今世界通用的格列高利历的数值是一致的。
宋哲宗时，苏颂和韩公廉设计制造了台水运仪象台，它是一座三层的木结构建筑，上层为屋顶可以开合的平台，装有观测天体的浑仪，中层为演示天象的浑象，下层为钟鼓钲、木人等自动报告时、刻、日出、日落时间的系统。全部仪器以漏壶流水为动力，驱动一整套齿轮、杠杆、水车等机械装置，集观测、演示天象和计时报时的多种功能于一身。为了克服机轮运动产生的加速度，在水车上安装了类似如今机械钟表上的擒纵器部件，使整台仪器保持恒速运转，与天体运行完全合一。可见，宋朝时在天文仪器的制造方面已经达到了很高的水平。