我國古代四大發明中的火藥、活字印刷術和指南針都是宋代科學技術發展的卓越成就。
火藥，起源於道士的煉丹活動，北宋初年開始應用於軍事。宋朝與遼、金的戰爭推動了火藥武器的進步，火藥各種成分的配比更趨科學合理。南宋時出現了管形火藥武器“長竹竿火槍”，作戰中一人持槍，一人點燃槍管中火藥，發火燒毀敵方的攻城器械或燒傷敵人，體現了較高的技術水平。
活字印刷術是北宋慶曆年間（1041—1048）由布衣畢昇發明的，方法是用膠泥做成單個的活字，入火燒硬，排版時在一特製的鐵板上放置大於印刷版麵的鐵框，把鬆脂、蠟和紙灰諸物平攤在鐵框內，把泥活字依次排在鐵框內，然後加熱鐵板，使鬆脂諸物熔化，用平板把活字字麵壓平，待鬆脂等冷卻後，即可在字麵上著墨印刷，完畢後再加熱鐵板，取下活字，以備再用。活字印刷術在北宋的印刷業得到了廣泛的運用。
中國人在戰國時代就已經掌握了磁性材料指極的原理，名叫“司南”
的指向儀器就是用天然磁石琢成勺狀，放在標有方位的“地盤”上使用。
北宋時人們發明了人工磁化技術和磁針的裝置、使用方法（磁針即指南針）。沈括更是在實驗中發現了地磁偏角現象，使我國成為最早記錄地磁偏角的國家。指南針在北宋時就已經廣泛應用於海上航行了。
宋代也是中國傳統天文學重要的發展時期。北宋一代先後進行過五次大規模的恒星觀測，取得了大量新的數據。兩宋時期更是先後十六次修訂曆法，南宋楊忠輔主持修訂的《統天曆》的回歸年長度為365.2425天，被元代郭守敬編製《授時曆》時所采用，這與當今世界通用的格列高利曆的數值是一致的。
宋哲宗時，蘇頌和韓公廉設計製造了水運儀象台，它是一座三層的木結構建築，上層為屋頂可以開合的平台，裝有觀測天體的渾儀，中層為演示天象的渾象，下層為鍾鼓鉦、木人等自動報告時、刻、日出、日落時間的係統。全部儀器以漏壺流水為動力，驅動一整套齒輪、杠杆、水車等機械裝置，集觀測、演示天象和計時報時等多種功能於一身。為了克服機輪運動產生的加速度，他們在水車上安裝了類似如今機械鍾表上的擒縱器部件，以使整台儀器保持恒速運轉，與天體運行完全合一。可見，宋朝時在天文儀器的製造方麵已經達到了很高的水平。