說到中國古代的科技文明，就不能不說四大發明。指南針、火藥、紙張和印刷術的發明，不僅給中國文化帶來重大影響，也影響著世界的文明進程。
指南針與航海術
大約在公元前5世紀左右，中國人就發現了磁鐵的指極性。指南針的前身就是出現於戰國時期的一種名為「司南」的小玩意。今天，我們常常將其作為中國古代科學技術的象徵物。這是一個很漂亮的物件，在平滑的「地盤」上，放上一個像勺子的物品，勺子以天然磁石經過琢磨製成，重心恰好落到勺底的正中，勺子為圓底，可以自由旋轉，當它停下之時，勺柄就會指向南方。當時人們就將它派上了用場，如當時鄭國人到遠方采玉，就使用「司南」，確保不迷失方向。
「司南」利用的是地球磁場的作用。地球是一個大磁體，它的兩極分別在接近南極和北極的地方，因此地球表面的磁體自由轉動時，就會因磁體同性相斥、異性相吸的性質指示南北。
司南
到了公元4世紀，東晉人發明了一種叫做「指南魚」的小遊戲。其方法是拿一塊薄鐵葉，剪裁成魚形，兩頭翹起，腹部的地方略微有些下凹，看起來像一隻小船，磁化後浮在水面，就能指示南北。磁化的方法是將鐵片放到火中燒，燒紅的鐵片放置在子午線的方向上，這時，鐵片內部分子處於活動狀態，鐵分子順著地球磁場方向排列，達到磁化目的。這是中國人利用磁化作用的眾多小發明之一。
中國人發明指南針技術並加以廣泛運用大約在公元9至10世紀。公元10世紀時中國人發明了縷懸式指南針，小小的磁針掛在高高的樑柱上，磁針的下面是圓星的方位盤，有二十四向，磁針在地磁場作用下能保持在磁子午線的切線方向，通過看磁針在方位盤上的位置，就能斷定出方位。
公元12世紀時，中國人還發明了「指南龜」：將一塊天然磁石放置在木刻龜的腹內，在木龜腹下方挖一光滑的小孔，放置在木板頂端的竹釘上，這樣木龜就有了可以自由旋轉的支點了，靜止時首尾分指南北。
大致在北宋時，指南針就被用於航海。開始時人們對它的性能並不太熟悉，所以航海人員晚上靠星星、白天靠太陽辨別方向，逢到陰天才靠指南針。到了元代，指南針對於航海的作用被充分認識，不論白天黑夜，不論陰天晴天，航海者都用指南針辨別方向。人們在船上設置了專門放置指南針的「針房」，並有專業人員負責看管。當時的指南針技術還比較粗略，多是將指南針放到水中，即所謂「浮針」，後來把它和羅盤結合起來，指南針的使用範圍便日益廣泛。
指南針的發明，促進了中國人的航海事業。中國人配合對潮汐、季風等的觀察，在航海中創造了一套實用性很強的導航技術。正是憑借這樣的導航技術，才出現像鄭和下西洋那樣的海上壯舉，將中國人的航海事業推進到一個新時代。
造紙術和文明的傳播
戰國時有一位思想家惠子，與莊子是朋友。惠子是邏輯學家，他很有學問，人們說他「學富五車」——今天中國人常用這個成語形容有學問的人。惠子的學問再大，怎麼能讀完裝滿五車的書？原來，當時的書不是寫在紙上，而是刻在竹簡上的。
人類發明了文字，有了文字就要書寫。中國自古以來，發明了許多種書寫的方式：有刻在龜甲上的，那是三千多年前的甲骨文；有鑄在青銅器上的，那是金文；有鍥刻在石頭上的，那叫碑文；也有刻在竹簡上的；還有寫在布帛上的。
元至正元年（1314） 朱墨雙色套印《金剛經注》
龜甲上的鍥刻，石頭上的雕寫，都很不容易，寫成了不易攜帶，也不易傳播。鑄造在青銅器上的金文或寫在布帛上的帛書，都太昂貴。正是在這樣的基礎上，人類發明了紙。
人們都知道蔡倫造紙，實際上，在東漢蔡倫大規模造紙之前，中國人就已經發明了造紙術，20世紀在中國各地出土的許多西漢時期的古紙片，可以證明這一點。這並非否定蔡倫造紙之功，而是說蔡倫的造紙術並非是突然之間的發明，它有一個技術積累的過程。西漢時期出土的植物纖維紙，是蔡倫造紙的前身。蔡倫擴大了造紙原料的範圍，破布、魚網、樹皮、麻頭等都可以造紙，其中樹皮造紙更是他的發明。他的造紙工藝更為精細，造紙術到他這裡，擺脫了紡織品附庸的地位——此前都是利用紡織之後拋棄的副產品來造紙的，蔡倫將造紙發展為一種獨立的工藝。
東漢末年，蔡倫的造紙術被廣泛運用，到了公元3至5世紀的兩晉時期，人們利用紙張寫字，並由此發展出寫在紙上的書法藝術。同時，利用紙來作畫。到了後來造紙技術日漸提高，一些特殊的紙張也誕生了，如對中國書法和繪畫影響深遠的宣紙。
中國的造紙術先後傳到了越南、朝鮮、日本。公元7世紀左右，又傳到了印度。造紙術還通過陸上絲綢之路傳到了西亞、歐洲。在公元10世紀前後，阿拉伯國家出現了大量的造紙工廠。歐洲的造紙業大致從公元12世紀才開始，在這之前，歐洲人主要使用羊皮等來書寫，據說書寫一本《聖經》，需要三百多張羊皮，可見其昂貴程度。造紙業的興盛，開創了人類文明的新紀元。
傳播知識的印刷術
在電子媒介出現之前，人們靠書本傳遞知識。今天我們很難想像，沒有書本，知識將如何傳播。僅僅是口耳相傳，傳播的力度實在太有限了。書本通過印刷，可以大量的複製，很多人讀著同樣的書本，這便有了知識的傳播和思想的交流。所以，印刷術對人類文明的發展極為重要。有人說：印刷術是「文明之母」。這是一點也不過分的。
中國人發明了印刷術。這與中國的歷史有關。中國作為具有五千年歷史的文明古國，有重視歷史的傳統，中國人很早就發明了文字，今天人們還在使用這套符號。通過文字，將思想和知識傳到千里之外，傳至綿綿後代，為人們所共享，這一直是中國人孜孜追求的事。
在大規模的複製書寫的印刷術產生之前，有兩件事的出現尤為重要，它們可以被視為印刷術的前聲。
一是印章。中國人有三千多年治印的傳統，今天我們還可以看到三千多年前的印章。印章是將姓名（並擴展到其他內容的文字）鐫刻在銅器或者是鍥刻在石頭上，作為憑信，實際上也是一種複製方法。
二是碑刻拓印。學習書法的人都知道，學書要臨碑帖，有漢碑、魏碑等說法。碑刻文字多是漢代以來流傳下來的。這些刻有文字的碑有的今天還存在（如西安碑林收集了大量的碑刻），有的已經不在了，但它們的內容已經被前代人用紙張蒙在碑刻上拓印下來了。拓印碑刻的方法，其實也是一種文本複製。
漢印之一
漢印之二
所以，印刷術發明出現在中國，一點也不奇怪，這與中國特有的文化傳統密切相關。
在中國，印刷術的發明，經過了由雕版印刷到活字印刷的發展階段。大約在公元7世紀的初唐時期，中國出現了雕版印刷術。它的方法，是用刀在一塊塊木板上雕刻成凸出來的反寫字，然後再上墨，印到紙上。現在我們知道，唐鹹通九年印製的《金剛經》，是世界上現存最早的有刻印時間的印刷品，這一印刷品的雕版現在藏在英國倫敦大英圖書館。從雕版印刷術的刻印方法上，也可看出它與印章、碑刻的淵源關係。如印章，也是在石料等上刻上反字，然後蘸墨或印泥，在紙上印出字來。雕版是更大規模的印刻。雕版印刷在唐宋時期是中國主要的印刷方法，今天可以看到雕版印刷的不少傳世精品。南宋時還出現了彩色套印雕版術，每頁要刻兩張板，這對印刷技術要求很高。
但雕版印刷有很大局限，每印一種新書，木板就得從頭雕起，書有多少頁，就需要刻多少板，效率較低。同時，雕刻本身工藝要求高，極為辛苦。公元11世紀中葉，一位名叫畢昇的平民，發明了活字印刷。活字印刷是用膠泥刻字，每字一印，燒後製成字印。將一顆顆字印排列、鑲嵌於鐵板之上，經燒烤、壓平等工藝製成印版後，便可印刷。印版上的字印可取下反覆使用。繼此之後，人們又相繼發明了磁活字、木活字、錫活字、銅活字等印刷方法。
雕版印刷術在中國出現不久，其技術就傳到了日本和朝鮮。北宋時活字印刷術出現，公元15世紀初傳入朝鮮後，朝鮮人又在活字印刷的基礎上，率先用澆鑄法製造成銅活字。順著陸上和海上兩條絲綢之路，中國的印刷術很快傳到了亞、非等國。意大利旅行家馬可‧波羅通過他的《馬可‧波羅遊記》，將雕版印刷術介紹到歐洲，引起了轟動。到了15世紀中葉，德國人谷登堡用鉛、錫等合金製造成字母文字系統的活字，由此，世界印刷術進入了一個新時代。這個時代一直持續到20世紀40年代計算機發明之時。
火藥：煉丹術帶來的發明
13世紀上半葉，蒙古軍隊西征西亞和歐洲，憑借驍勇善戰的騎兵，長驅直入。據波蘭歷史學家德魯果斯《波蘭史》一書記載， 1241年4月9日，蒙古大軍與波蘭和日耳曼的3萬聯軍在華爾斯塔德平原上激戰，最後蒙古人取得了勝利。波蘭人將這場戰爭的勝利歸因於蒙古人使用了威力強大的火器。蒙古人從木筒中成束地發射火箭，木筒上都繪有龍頭，波蘭人將其稱作「中國噴火龍」。
蒙古人的這種「中國噴火龍」，其實就是在中國發明的火藥基礎上製造出的武器。火藥作為人類掌握的第一類爆炸物，起源於中國的煉丹術。在兩千多年前，中國就有了煉丹術，企圖煉製出「仙丹」，以求人的長生不老。雖然從來沒見過吃這種「仙丹」而長生不老的，但「仙丹」的煉製方法卻導致了「火藥」的發明。
叫它「火藥」，是因為中國人本來是將它當作一種達到長生的藥物的。煉丹所用有三種原料：硝石、硫磺和木炭。這三種物質混合燃燒，會產生大量的氣體，如果將它們密封包裹，就會迅速膨脹，衝破包裹，產生爆炸現象。煉丹術沒有使人得到長生，卻促使「著火的藥」的產生。
中國人至遲在公元9世紀時，就將這種尋求長生的藥物用到軍事之上。唐朝末年的軍閥混戰中，曾有「發機飛火」的記載，人們利用拋石機來發射石頭，就是將火藥包點火以後，產生爆炸，石頭便隨之飛射出去，以打擊敵人，這是最原始的火炮。
北宋時期，火藥在軍事上的運用更加廣泛，國家將火藥投入大規模的兵器生產中。各類源自火藥的兵器相繼產生，並在戰爭中得到運用。12世紀初（南宋初年），宋軍和金人作戰，宋軍大放「霹靂砲」，一聲炮響，聲震天下，隨之而噴出大量的紙屑、石灰散、硫磺等，漫天飛撒，這一招對以騎兵為主的金兵很有殺傷力。金兵在飛沙走石中，人與馬都迷失了方向，大敗而歸。
清乾隆本活字版印本
南宋時，一位叫陳規的下級官員，發明了火槍。他將火藥裝進長竹竿，作戰時由兩人操作，點火後發射。這是一次具有重要意義的發明，利用這樣的發明，人們可以掌握和控制火藥的起爆時間，它是人類告別冷兵器時代的巨大飛躍。後來元人在此基礎上發明了真正的手槍「火銃」，以金屬製造，以手持之，威力巨大，人稱「銅將軍」。
利用火藥製成兵器，初始階段，都是國家絕密之事，但最終還是流傳出去，因為只要有戰爭，就會交手，戰爭其實是敵我雙方兵器大展示的機會。火藥在蒙古人橫掃歐亞的時候，其實就傳到了世界各地。到了公元14世紀，意大利人就開始使用這種熱兵器，在威尼斯和熱那亞海上貿易爭奪戰中，雙方都使用了火器。後來西方侵略者也是利用火藥所製造出的利炮，打開了中國的大門。
從歷史發展來看，中國古代的四大發明都是為人類社會生活帶來革命性變化的科學發明，這是中國人對世界文明的偉大貢獻。