根据《宋史·兵志》记载，北宋早期先后有兵部令使冯继升于970年、神卫水军队长唐福于1000年、冀州团练使石普于1002年分别创造并推广了火箭、火球、火蒺藜等火药武器，这主要是利用了火药的燃烧性能。1002年，另一位军官刘永锡曾制火炮以献朝廷。北宋末年，火器专家们制造出了陶制和铁制的“震天雷”，这是利用火药爆炸性能而制造的，由绳索或抛射机械来发射，爆炸时其声如雷，靠喷发的火焰和弹片杀伤敌人。1126年，宋朝的大将姚仲友和李纲都曾用火药武器抗金。另外一种直接利用火药抛射性能的武器是突火枪。据汤王寿《德安守御录》记载，1132年抵御李横的德安守军已经“以火炮药造下长竹竿火枪二十余条”，后改进为突火枪。这是一种管形火器，据《宋史·兵志·器甲之制》记，突火枪“以巨竹为筒，内安子窠，如烧放，焰绝石子窠发出，如炮声，远闻百五十余步”。据《金史·赤盏合喜传》记，公元1232年攻金的蒙古大兵惟畏震天雷和突火枪二物。可见金人很快就有了自己的火药武器，并很快在战场上应用了它们。如果说震天雷意味着炸弹的发明，那么突火枪便是步枪和大炮的前身了。
火器的发明是兵器史上的一个转折点。以往的武器——冷兵器的战争仅仅是机械性力量和人的勇力与智谋的厮杀，而火器则第一次把化学力量和单兵战斗结合了起来。火器一经应用到战争中便体现出了强大的威力。北宋对火器的应用由于规模不大，仅仅起了在关键性战役中威慑敌人的作用，但在南宋和金的战争中，双方使用火器重创对方的记录多了起来。金国在同蒙古的战争中曾依赖震天雷来坚守城池，而蒙古人在俘虏了金国的工匠之后，也掌握了火器，并且在西征时把火药传到了阿拉伯世界和欧洲。中国的炼丹家们开始并没有想到炼制长生仙丹却得到了杀生的武器，这与他们追求的理想并不相符。这种事在技术史上是常有的。当火药作为一种新的战争武器被用于战场，并给战争带来更可怕的杀伤力之后，中国炼丹家们谋求长生不老之丹的理想热情开始消退。他们逐渐放弃了这一不实际的追求，开始注重内省式的修炼，希望以此来达到延年益寿的目的。
宋（北宋和南宋）和金在世界上最先使用火器，但这两个国家的政权最终并没能被这种新式武器所拯救。从纯军事的观点看，最初的火器只能部分地改变军队的装备，数量不多，质量不高，并没有引起一场军事技术的彻底变革，因而只能局部地影响战争的胜负。当这两个国家国势衰落的趋势远大于火器进步的速度时，这种新武器便成了改朝换代时的历史爆竹。而对于中国老百姓来说，火药最好的用场则是节日时的爆竹。至南宋时，杭州民间已有许多买烟火者（《武林旧事·小经纪》），在北方金国治区则有人自治火药狩猎，说明火药的民间应用也在发展。
在中国，火药并没有使社会生活和历史发生真正的改变，火药主要是由官府控制的工场生产的，它被用来装备朝廷的军队。北宋的火药工场称“火药窑子作”，列朝廷军器工场之首。当火药传到西欧时，那里的市民阶级便利用这种新的武器同封建阶级的骑士作战，最后把这个阶级炸得粉碎，资产阶级开始登上历史舞台。
无论如何，火药的发明开始了军事方面的一场具有历史意义的技术和战术革命。各种各样的火器被制造出来。火器的强大威力使它首先成为冷兵器的补充，从而改变了军队的编制、战法和整个指挥体系。
航海和指南针
对于宋政权来说，由于通西域的道路被西夏阻断，通朝鲜的陆路被辽金先后阻断，东南海上的航路便成了同朝鲜、日本、印支、印度和阿拉伯世界交往和贸易的主要通道。航海的需要使宋代的船向巨型发展，并且由于制船匠们设计了新式的水密隔舱而提高了远航的安全度。整个船体的构造更加合理坚固，并普遍采用了尾舵（这是西汉时就产生了的航海技术上的一大发明），大大改善了船的操纵性能。尤其是宋代的人把先辈的指南磁鱼改变成了指南磁针，为海上远航装备了举世无双的导航设备，播下了航海技术革命的种子。
据《韩非子》记载，战国时中国已有“先王”（时间可见还在战国之前）以天然磁石制成的磁勺——司南，以指示方向。汉代王充《论衡》中也提到了指南勺。但在宋代之前，中国人的对外活动主要在西域、朝鲜、越南等陆路方向上。对于陆路旅行来说，太阳和地面上各种标记物可以使人不迷失方向。所以，指南勺、甚至连马钧和祖冲之制造过的指南车都不过是些没有多大实用价值的发明而已。宋代人没有陆路可通往那些前代人已熟悉了的外部世界，航海便成为同外部世界交往的重要途径，在碧波万顷的大海上除了日、月、星之外，没有任何明显的参照方位和距离的标志，而日、月、星并不一定时时悬现在人们头顶，于是指南针应运面生。
北宋曾公亮（998～1078）主编的《武经总要》中已记载有指南鱼的制造方法。而大科学家沈括（1031～1095）的《梦溪笔谈》中则记载，当时以看风水、看病为业的方士最先把指南勺和指南鱼磨制成灵敏度更高的磁针，并置于罗盘之上。这一点是意味深长的：一个指引人们通向新世界的伟大发明正是经过那些在旧的文化习俗中徘徊的人们的手，才推到历史的面前。指南磁针一经发明，那些目光敏锐、对方士的罗盘发生了兴趣的航海家们便把它安装在船上，用于航海了。这是在公元1000年左右实现的。北宋末年人朱勦在他于1119年写成的《萍州可谈》中记：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针”。20多年后徐竞写的《宣和奉使高丽图经》记，“惟视星斗前迈，若晦冥则用指南浮针，以揆南北。”另外，吴自牧《梦粱录·江海船舰》中也记载了南宋时海船“风雨晦冥时，唯凭针盘而行，乃火长掌之，毫厘不敢误差，盖一舟人命所导也”。显然，指南针在海上已经开始为人的航海活动服务，而不再像在方士手里那样为看风水服务了。当然，当时的方士们也在为一种社会需要服务。只要地球的磁极不乱，罗盘指示的方位对在陆地上活动的人类来说，始终是一个方向坐标。
中国的航海家首先把指南针装到船上，标志着人类从此获得了在海洋中全天候、远距离航行的能力。宋代同中国在海路上贸易来往频繁的阿拉伯人约于1180年在泉州和广州把指南针装到了他们的船上，这些以航海和商业为业的经验丰富的阿拉伯人把航船一直驶到了近东地区。约在宋末元初，欧洲人从他们那里认识了指南针，并把它装到了船上。在整个古代，埃及人、腓尼基人、希腊人、罗马人的船只主要航行在地中海上，只有极少数的冒险家曾在非洲的西海岸出现过。但在有了指南针之后，近代欧洲航海家的一系列远航和地理大发现都成为可能的了。
中国人是磁的最早研究者。磁最初称为“慈”，是因为它吸铁时像慈母抱婴儿。沈括最先发现了磁偏角。在应用指南针和进行全球性的航海活动后，欧洲人开始了对磁的研究。很可惜，指南针故乡的中国人却没有最先进一步揭开磁石中的秘密。
活字印刷术
在11世纪上半叶快要结束的宋仁宗庆历年间（1041～1048），平民毕昇（？～1051）发明了活字印刷术。这是一种用陶土烧成的活字。毕昇发明的活字印刷版与宋代的文化繁荣有关。宋朝继承了唐的科举制和学校制度，而且放宽了对学生出身门第的要求，一般人的子弟亦可进入太学，并且新增了画学学校和武学学校。和唐人相比，宋代的知识分子不但写诗，还写大量的词，画更多的山水花鸟人物画。北宋的徽宗皇帝也是有名的书画家。另外，在史学、地方志的编写方面也比唐代规模更加宏大，记叙的内容更加丰富。除此之外，宋朝和金朝还开始流行话本小说（这是明代章回小说的前身）。如此繁荣的社会文化生活，对印刷业提出了新的要求。在北宋的开封和南宋的临安（杭州）和成都，都有雕版印刷业的中心。活字印刷术发明之后，逐渐显示了它技术上的优越性——印刷匠可以用许多活字在印刷版上排版，而且这些活字还可以重复使用，因而免去了印一次刻一次版的麻烦。到南宋末期的1241～1251年前后，在蒙古方面做官的理学信徒姚枢（1203～1280）教他的弟子杨古用活字版印刷出朱熹（1130～1200）的《小学》、《近思录》和吕祖谦（1137～1181）的《东莱经史论说》。朱熹是南宋最有名的理学家，也是中国最早的私人书院——白鹿洞书院的创办者。朱熹的书首先被印出来说明南宋时私人教育事业相对于朝廷办的官学有了相当的独立性，学在官府的局面已经不复存在（与春秋战国时私人办学不同的是，南宋开始的私人书院中的大师们都是经学大师，他们研究和传授的都是一家之言，这是因为有科举制这个取士制度限制着教育的基本内容）。吕祖谦是和朱熹齐名的理学家，曾任国史院编修，在学术上很活跃，开浙东学派之先声，还曾邀集朱熹和陆九渊（1139～1193）两派学者1175年在江西信州（上饶）鹅湖寺辩论哲学。朱、吕二人的书既不是宗教典籍，也非科学著作，但却是中国知识分子大量需要的教材。
在唐代发明雕版印刷、宋代发明活字印刷的时候，曾经迅速把造纸术引入并传到西方的阿拉伯世界却没有积极地通过西域和海路接受中国的印刷术，并将它传入西方。这是因为信奉伊斯兰教的阿拉伯人大概认为印刷《古兰经》是对先知的不尊重。到横跨欧亚的蒙古大帝国建立起来时，印刷术才迅速向欧洲传播。同时，元代的王祯又创制了木活字，接着朝鲜的印刷巧匠们又创造了铜活字。随着元朝时东西方的交往，欧洲人很快便利用了活字印刷术。在欧洲的几支语言文字中，最基本的字母只有二十几个，活字印刷就显得格外方便。在1455年（明代宗景泰六年），谷腾堡（1394～1468）用铅活字印出了《圣经》。《圣经》的印刷使大批平民知识分子可以直接阅读这本原来由教会垄断了解释权的书。这些人在自己读了《圣经》之后，便有了按照自己的理解来解释《圣经》的要求，接着便产生了由具有新思想的教士路德（1483～1546）领导的宗教改革。这里令人略为惊异的是，尽管欧洲有着权威性的思想统治机构——基督教会，但印刷术仍然在这里起到了革命性的作用，教会的精神独裁被打破了。在中国，占统治地位的儒学经典和新作尽管同样被活字印刷术传到了更多的人的手中，但儒学仍然保持着它受尊崇的地位。这里的原因至少有两个：第一，儒学本身是一种关于人的关系的学问，它包含着某些合理的东西，因而是一种在新思想冲击面前有弹性、有生命力的思想体系；而基督教则是一种关于人和神的关系的学说，当人的理想和神的教义发生矛盾的时候，冲突就是不可避免的了。当人还没有勇气彻底与神决裂的时候，人起码可以按照自己的理想来改造神——因为神本身就是人们为自己而创造出来的。第二，欧洲的社会产生了新的社会阶层——市民阶级，这个新阶级有着新的经济利益，并产生了新的社会理想。新技术——包括火药、指南针和印刷术，统统成了他们取得经济利益和实现新的社会理想的工具。而在中国的宋代，直到明代和清代中期以前，中国的社会还没有产生出强大的市民阶级，因而所有在这里首先产生的新发明也只能暂时搁在传统社会生产和生活的支架上。况且，与欧洲社会不同的是，中国社会的新生阶级在生长时面临着一个无比强大的中央集权王朝的控制和压迫，它即使产生了，也不会像在欧洲社会中那样发展起来。因而，仅仅有伟大的技术发明还不足以使社会产生伟大的变革。
纸币的发明
纸币是北宋时期的一大发明，当时称为“交子”。南宋和金朝都开始大量发行纸币。
纸币是近代以来银行制度的技术基础。人们常常忽略这一伟大发明的重要性，但马可·波罗（1254～1324）没有忽略它。他在元朝初期将纸币带回了欧洲。当时以聚金积银为富的封建主和旧式商人认为这不可思议，但当资本主义生产发展起来后人们都感到了纸币的方便。这是继远古人类以物易物、继而发明以金银或铜钱为主的货币以来，货币形式的又一次革命。纸币后来也是资本主义交换机器的润滑剂，资本主义全面地利用了这一发明，就像利用了火药、指南针和印刷术一样。
北宋和南宋发行纸币的原因主要是大地主大商人对金银和铜币的集中积存，大量贸易引起的金钱外流，使国家感到每年铸造的铜钱已经捉襟见肘了。这是整个社会与唐代相比商品经济更加发达的标志。金国发行纸币的原因同宋相似，但它的商业不如南宋发达，金朝后期由于抵抗蒙古的入侵，军费开支巨大，财政出现危机，就靠大量印发纸币维持。