造纸术
造纸术是中国古代的四大发明之一，迄今已有2200年的历史。很早以前，人们在甲骨、金石、简册、木牍、缣帛上书写文字，因简牍笨重，缣帛昂贵而不易普及。考古工作者曾在西安灞桥西汉古墓中发现了一叠古纸，叫做灞桥纸。由此说明汉初我国已用麻、苎造纸，但质地粗糙，只宜用于包裹。甘肃居延金关西汉烽塞遗址发现的麻纸片，质薄匀细，已经可以书写。大约两汉之际，已用纸来写经。《后汉书·贾逵传》已提到“纸经传”。当时造纸用的原料少，成本高，满足不了社会的需要。
怎样发明一种原料来源广泛、价格又便宜的纸呢？东汉和帝时候，管理宫廷用品的尚方令（官名）蔡伦，在总结前人经验的基础上，终于制成了质地坚韧、造价便宜的优质纸。
蔡伦是东汉桂阳（今湖南郴县）人，他从小到皇宫去当宦官。在他做尚方令期间，因为监督制造宝剑和其他器械，经常和工匠们接触，于是就和他们一起研究改进造纸方法，用树皮、麻头、破布、废渔网为原料造纸。他把这些原料铡碎，放在水里浸渍相当时间，再捣烂成浆状物，薄薄地摊在细帘子上，干燥后，帘子上的薄片就变成纸张了。这种纸体轻质薄，原料好找，价钱便宜，可以大量生产，受到人们的欢迎。东汉元兴六年（公元105年），蔡伦把这个重大的成就报告朝廷，东汉和帝通令全国。从此，他的造纸术很快在全国推广开来。因为蔡伦曾经当过“龙亭侯”，人们便把他发明的纸叫“蔡侯纸”。
蔡伦死后80年的东汉末年，一位叫左伯的造纸能手将蔡伦的造纸术又加以改进，造出一种厚薄均匀、色彩鲜明的纸，人们称为“左伯纸”。西晋时，我国的南方盛行藤纸，尤其是剡溪的“剡藤”更驰名官方。六朝时使用帘床捞纸，并用黄檗染潢、雌黄治书，以防蛀蠹。唐代麻纸产量日增，扬州六合纸“入水不濡”。剡溪古藤已供不应求，至中唐，逐渐被竹、檀、秸、藁所取代。北宋初年，江苏、浙江、福建均以嫩竹造纸，剡溪“姚黄”、“学士”、“邵公”3种纸，为竹纸中的精品。以后，南方竹纸，“闽省独专其盛”。随着造纸中加矾、加胶、涂粉、洒金、染色技术的不断提高，纸的品种日益增多。仅唐代就有益州黄白麻纸、两浙案纸、蒲州细白麻纸、宣州玉版檀纸等名纸，以及十色笺、五色金花绫纸、水纹纸、糊窗纸锡箔纸等各种色纸。尤其是玄宗时萧诚造的斑石纹纸和宪宗时薛涛造的深红小彩笺闻名天下。宋代崛起的楮桑皮纸和自古就有的麻纸，至今仍为高级纸品。印钞票用的就是麻纸。
我国的造纸术大约在公元7世纪首先传到越南和朝鲜，公元751年传到阿拉伯国家。12世纪中叶又从阿拉伯传到西班牙，17世纪末传到美洲大陆，最后传遍全世界。由于造纸技术的发明，大大提高了传播文化的速度和规模，促进了各国经济和文化的发展。这也是我国对世界文明的重大贡献。
印刷术
我国是世界上最早掌握印刷术的国家。据记载，最早的印刷术，是隋唐之际发明的刻版印刷术。刻版印刷是用手工刻出阳文反字，涂上黑墨，复印在纸上。这种方法比手抄书籍效率提高若干倍。
刻版印刷术发明后，在今四川和长江中下游，已有书商印售历书、诗歌、小学字书及阴阳迷信书等。12世纪初，浙江、福建、山西等地的书坊刻书业已发达起来。官府刻书最早始于10世纪初，历代专职刻书的机构一般属国子监。印刷技术形式有写刻、朱墨印、几色套印等。我国的刻版印刷早于欧洲800年。刻版印刷的发明和刻体图书的流通，对当时的文化传播和保存祖国文化起到了极大作用。
北宋仁宗庆历年间，浙江杭州一位刻字印刷工人毕昇，经过刻苦钻研，反复实践，终于创造出了世界上第一套胶泥活字印刷技术。他在制成方块的胶泥上刻上反字，一字一枚，然后放进土窑里用火烧硬，再按字韵顺序排列在专用盒子里。印书时按稿把一个个活字捡排在铁框中。而铁框底部撤有松香、蜂蜡、纸灰等带有黏性的混合物。将排好字的铁框拿到火上加热、压平，再经冷却，便成了版型。在版型上涂上墨，就可以印刷了。印完后，将版型在火上略加烘烤，即可取出单字，供重复排版使用。为了加快印刷速度，毕昇还采用两套制版设备，即一版在印，另一版又在排字了。两版交替进行，每版可印千次以上，速度快，质量好。印版中发现错字，可随时更换，这样，省时、省工、省料。毕昇发明活字印刷的消息，轰动了当时的印刷业。前来参观的人从早到晚络绎不绝，一致称赞。不久，活字印刷术在国内广泛使用。这种胶泥活字印刷的原理，与现在的铅字排印原理基本一致，也是现代铅字印刷的前身。宋代著名科学家沈括对毕昇的活字印刷术评价极高，不但在他的名著《梦溪笔谈》中作了详细记载，而且还精心保存了毕昇所创造的胶泥活字。
元代著名农学家王祯在毕昇胶泥活字的基础上，成功地创制了木活字印刷技术。他先在整块木板上刻字，然后按字体大小锯成统一规格的方块，在木框内排字，活字与活字之间的空隙用竹片塞紧，便可印刷。这“巧便之法”克服了“难予使墨，率多印坏，所以不能久行”的胶泥活字的缺点。王祯第一次用木活字试印了一部自编的6万多字的书《旌德县志》，印装100部，前后只花了一个月的时间。当时，这可是惊人的成就！后来，他为了提高排字效率，又发明了“转轮排字盘”。用轻质木料做成大轮盘，直径约7尺，轮轴高约3尺，轮盘装在轮轴上可以自由转动；把木活字按字韵分别放入盘内一个个格子里。排字工匠可转轮找字，“以字就人”，按韵取字，不必来回走动。这些发明，在他所著的《造活字印书法》一书里都有详细叙述。这部书，也是世界上最早的系统叙述印刷术的重要文献。由于木活字印刷优点很多，所以很快流传开来了。它不仅有汉字，也有少数民族文字。清朝年间，人们在甘肃敦煌石窟中曾发现许多14世纪的木活字，上面刻的就是古维吾尔族文。可惜，这些珍贵的古代木活字，大部分被帝国主义分子盗走了。
《西夏文佛经》是我国现存最早的木活字印刷品。它印制于14世纪初，是解放后在宁夏发现的。我国历史上规模最大的一次用木活字印刷的书，是1773年印刷的《武英殿聚珍版丛书》，计2300多卷，它所用的木活字全部用枣木刻成。
我国的活字印刷技术大约于8世纪传入朝鲜，后来又东渡大海传入日本，不久又传入越南、菲律宾。西边，则沿着丝绸之路通过伊朗传到埃及等阿拉伯国家，13世纪传入意大利，14世纪传入德国，15世纪传入英国，16世纪传入俄国和墨西哥，18世纪传入美国、加拿大，传入大洋洲时已是19世纪了。至此，我国的印刷术传遍全世界。
公元1456年德国人谷腾里用活字印成《圣经》，是欧洲使用活字印刷的第一个人，但比毕昇发明活字印刷术的年代晚了400年。我国发明的活字印刷术，与造纸、指南针、火药，被誉为我国古代的四大发明，是中华民族对人类文明的重大贡献。马克思说：“火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术却变成了新教的工具，总的来说，变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最大杠杆。”
指南针
指南针和造纸术、印刷术、火药是举世闻名的我国古代发明，是中华民族对世界文明作出的伟大贡献。指南针是一种指示方位的简单仪器。它的主要结构，是由一根能灵活转动的磁针和一标有方位的刻度盘构成。磁针在地磁的作用下，能保持在磁子午线平面内，利用这一性能，可以辨别方向。
我们的古人最早发现磁石及其吸铁性，进而发现了磁石的指极性，于是把天然磁铁琢成勺形，叫做“司南”。这出现于2000多年前的战国时代，最早记载见于《韩非子·有度》。在应用“司南”的基础上，人们发现用磁石沿一个方向多次摩擦过的钢针等物也有指南特性，于是发明了指南针。宋初还出现过“指南鱼”，是浮在水面上的一种指南器具。1086年，北宋著名科学家沈括所著的《梦溪笔谈》记载，当时有4种不同装置的针形指南针，即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法。此时已能制造人工磁体。《梦溪补笔谈·药议》载有：“以磁石磨针锋，则锐处常指南。”11世纪末，我国便开始在航海上使用了指南针。宋人朱或曾记述了1099—1102年间，在海船上使用指南针的经过。1123年，徐兢到朝鲜去，回国后描述这次航海过程说，白天靠太阳定方位，晚上在海洋中不可停留，注意看星斗而前进，如果天黑可用指南浮针，来决定南北方向。1274年，南宋吴自牧所著《梦粱录》中记载：“风雨冥晦时，唯凭针盘而行。”南宋时，把磁针与分方位的仪器组装成一个整体，这种新仪器叫针盘，或叫地螺（罗），也有叫子午盘、定盘针、经盘、罗盘的。元代还造成立针式指南工具——指南龟、指南鱼。张燮的《东西洋考·舟师考》记载，明代海上航行，“独恃指南针为导引，或单用，或指两间，凭其所向，荡舟以行。”
早在公元前3世纪，我国就有了关于磁针的文献记录。我国的指南针，大约12世纪传到阿拉伯国家和欧洲，大大地促进了世界航海事业及整个人类社会的发展。
火药
我国现在看到的第一部记载火药配方的书，约成书于八九世纪。书中说“以硫磺、雄黄合硝石，并密烧之”，会发生“焰起，烧手面及火尽屋舍”的现象。这里的“密”应该是蜂蜜的“蜜”，蜜加热能变成炭。硫磺、硝石与炭混合，这就是火药的配方。
火药的发明是人们长期炼丹实践的结果，至今已有1000多年历史。
炼丹术中很重要的一种方法就是“火法炼丹”。它直接与火药的发明有关系。所谓“火法炼丹”大约是一种无水的加热方法，晋代葛洪在《抱朴子》中对火法有所记载，火法大致包括：煅（长时间高温加热）、炼（干燥物质的加热）、灸（局部烘烤）、熔（熔化）、抽（蒸馏）、飞（又叫升，就是升华）、优（加热使物质变性）。这些方法都是最基本的化学方法，这也是炼丹术这种愚昧的职业能够产生发明的基础。炼丹家的虔诚和寻找长生不老之药的挫折，使得炼丹家不得不反复实验和寻找新的方法。这样就为火药的发明创造了条件。
炼丹家对于硫磺、砒霜等具有猛毒的金石药，在使用之前，常用烧灼的办法“伏”一下，“伏”是降伏的意思。使毒性失去或减低，这种手续称为“伏火”。
火药不能解决长生不老的问题，又容易着火，炼丹家对他并不感兴趣。火药的配方由炼丹家转到军事家手里，就成为中国古代四大发明之一的火药。
不过，火药的最初使用并非在军事上，而是在宋代诸军马戏的杂技演出，以及木偶戏中的烟火杂技。宋代演出“抱锣”、“硬鬼”、“哑艺剧”等杂技节目，都运用刚刚兴起的火药制品“爆仗”和“吐火”等，以制造神秘气氛。宋人同时也以火药表演幻术，如喷出烟火云雾以遁人、变物等，以收神奇迷离的效果。
约在12世纪，火药首先传入阿拉伯国家，然后传到希腊和欧洲乃至世界各地。对人类社会的文明进步，对经济和科学文化的发展起了推动作用。美法各国直到14世纪中叶，才有应用火药和火器的记载。
圭表与日晷
圭表，也称土圭，是我国一种古老的天文仪器，用它来测量日影的长度。它包括圭和表两部分。表是直立的标竿，圭是在表下端南北方向放置的水平尺，多为铜或石制造。它的创制确切年代已不可考，可能在商朝就已经有了。
圭平卧而表立在圭的南端，二者互相垂直，组成简单的天文仪器。古人用它测量太阳。当太阳在最北面而位置最高的时候，表的影子最短，这时侯就是夏至；当太阳在最南面而位置最低的时候，表的影子最长，这时候就是冬至。因此，测量相邻两次日影最长或最短之间所经历的时间，即可推算一年的日数，以定回归年的长度，并且用它来推定24节气。春秋时代已经使用。战国时期以前古人已懂得使用铅垂来校正表的垂直，使它观测准确。
元代著名科学家郭守敬对古代圭作了重大改进，进一步提高了测量的精度。
日晷，又称日规。它是我国古代测定太阳时的仪器，起源于圭表。远在春秋时期，古人已用这种方法测定时刻。
日晷日晷由一根表（晷针）和刻有时刻线的晷面组成。按照晷面安置的方向，可分为：地平日晷、赤道日晷、立晷（晷面平行卯酉面）、斜晷（晷面置于任何其他方向）等。如把晷面制成半球形，晷针顶点在球心，就是球面日晷。如果在晷面上按当地的地理纬度和节气刻制节气晷线，从表影的方向和尖端的位置可以测定节气的时刻，这是节气日晷。
