在漫長的中國封建時代，宋代是文化高度繁榮的時期，無論在科學技術、哲學思想、教育、文學、藝術、史學等方面，都取得了長足的進步。
科學技術
宋代是中國古代科學技術發展的高峰期，著名科學家沈括是最重要的代表人物。指南針、印刷術和火藥是聞名於世的三大發明，到宋代又有了劃時代的發展。天文、數學、醫藥、農藝、建築等各個領域的成就，不僅超越前代，而且在當時的世界上處於領先地位。
三大發明
指南針，在戰國時已經有用天然磁石製造「司南」的記載。
到宋代又有重大進展，沈括《夢溪筆談》記載，用天然磁石摩擦針鋒磁化為磁針，可以指南而常微偏東。宋軍中配備有指南魚，用於陰天和黑夜判斷行軍方向。北宋末已有使用指南針於航海的記載。南宋時，海船上普遍裝有「針盤」，即原始的羅盤導航。這是世界海運史上空前的進步，對發展海上交通，推進世界各地人民的交往，起了巨大的作用。
雕版印刷的發展和活字印刷的發明。唐、五代時開始應用雕版印刷術印書，北宋時有了很大發展。國子監刻印的書，後世稱監本，各地官府也刻印書籍。各地民營書坊刻印的書，世稱坊本。開封府、杭州、西川、福建是當時印書的中心。刻印技術，杭州第一，蜀本次之，福建又次之，開封刻版雖可與杭州媲美，但紙張不佳。南宋地方政府、寺院和書坊都刻印書籍。臨安府是印書業最發達的地方，質量也較高。平江府（今江蘇蘇州）、婺州（今浙江金華）、饒州（治今江西鄱陽）、撫州（今屬江西）和吉州（今江西吉安）等地，也都是重要的印書業中心。福建路建陽縣的麻沙、崇仁兩鎮集中了眾多的書坊，印書質量雖較差，但印刷量很大，行銷遠方，世稱麻沙本。四川成都府、眉山縣有許多書坊，刻印不少史籍和詩文集。
宋仁宗慶曆年間（1041～1048），布衣畢昇發明活字印刷術，用膠泥刻字排印。對後代木活字、銅活字的創造有很大影響。畢昇的發明，比歐洲早四百年，是對世界文明的偉大貢獻。南宋時，周必大也曾用膠泥活字和銅版，印刷自己的著作《玉堂雜記》。
火藥和火器。唐末戰爭中已有火藥箭和用拋石機投擲火藥包「發機飛火」的記載。宋朝政府設有火藥武器的作坊。北宋仁宗時編撰的《武經總要》，記載了三種火藥配方，以及火箭、火炮、''藜火球、毒藥煙球等火器的做法和用途等。宋神宗時，邊防軍已大量配備火藥箭。南宋軍隊配備的火藥兵器，數以萬或十萬計，有火箭、火槍、突火槍、鐵火炮、霹靂炮等。開慶元年（1259），壽春（今安徽壽縣）軍民又發明了名為「突火槍」的管形火器，在巨竹筒內裝火藥和「子窠」，點燃後將「子窠」發射出去。「子窠」是後世子彈的前身。發射「子窠」的管形武器的發明，是世界武器製造史上劃時代的進步。
水運儀象台
宋代天文學家蘇頌、韓公廉等人自宋元祐元年（1086）起，在開封歷時七年設計製造的大型天文儀器。它將觀測天象的渾儀、演示天象的渾象、計量時間的漏刻和報告時刻的機械裝置集中於一體。英國科學家李約瑟等人認為它「可能是歐洲中世紀天文鐘的直接祖先」。水運儀象台約七米寬、約十二米高，是個上窄下寬的木製方台。全台共分三層，上層是一個板屋，裡面放有一個渾儀；中層是密室，放置渾象；下層則是複雜的報時裝置和儀象台的動力機構。
值得一提的是，水運儀象台的機械結構設計直接來自農業生產，廣泛採用了水車、筒車、桔槔、凸輪和天平秤桿等機械原理，把觀測、演示和報時設備集中起來，顯示了中國古代人民的勤勞和智慧。
天文學
北宋時進行了多次較全面的恆星觀測。元豐年間（1078～1085）觀測的結果，於元祐三年（1088）繪成星圖，南宋淳祐七年（1247）又在平江府（今江蘇蘇州）刻石，稱為《天文圖》。
景德三年（1006）關於「客星」的記載，是世界上著名「超新星」中的最早記錄；至和元年（1054）關於世界天文史上最著名的「超新星」的記錄，在現代天文學研究中極受重視。
元祐（1086～1094）時，蘇頌、韓公廉等人，創造了世界上第一台「天文鐘」（水運儀象台），並將其結構寫成《新儀象法要》，其中關於擒縱原理的發現，已開近代鐘錶構造的先河。他們還創造了「渾天儀」，球面按照恆星位置穿有小孔，人進入內部可看到模擬的天象，是世界上最早的「假天儀」。南宋紹興年間，王及甫也製造過類似的「假天儀」。
宋代的曆法經過多次改進，姚舜輔編製並於大觀元年（1107）施行的《紀元歷》，首創利用觀測金星以定太陽位置的方法。而由楊忠輔創製，並於慶元五年（1199）實行的《統天曆》，確定回歸年的數值為365.2425日，和現行公曆的一年長度完全一樣，但比公曆頒行早三百八十三年。
數學
北宋中期賈憲的「開方作法本源」圖，世稱賈憲三角形，比西歐相同的帕斯卡三角形早約六百年；他的「增乘開方法」，與霍納的方法大致相同，但早約七百七十年。南宋淳祐七年（1247），秦九韶著《數書九章》，他的「正負開方術」發展了「增乘開方法」，算式井然有序，今人稱為「秦九韶程序」；而「大衍求一術」，則發明了整數論中一次同餘式組的普遍解法，是聞名於世的中國剩餘定理。南宋末楊輝著有《詳解九章演算法》《日用演算法》《田畝比乘除捷法》和《乘除變通算寶》，後三種都是實用演算法著作。
醫藥學
宋代醫藥學比唐代有較大的發展。官修的有《開寶本草》《嘉祐本草》等。元豐五年（1082），唐慎微撰《經史證類備急本草》，共收藥物一千七百四十六種，為《唐本草》的一倍。宋徽宗時重加刊正，稱《政和本草》，沿用近五百年，日本、朝鮮亦曾刊印。
醫方，宋太宗初官修《太平聖惠方》一百卷，收一萬六千八百三十四方。宋徽宗時審定的《和濟局方》，收復方二百九十七方，是中國由國家頒布的第一部配方手冊，不少名方至今沿用。
針灸，宋以前只重視灸法，宋時才重視針法。王惟一（一作惟德）受命考訂針灸經絡，並先後鑄銅人兩具，外刻腧穴名稱。他又著《銅人腧穴針灸圖經》三卷，標誌著針灸學的重大進步。
太醫局將產科、眼科等單獨設科，是醫學史上的重大進步。南宋陳自明撰《婦人大全良方》二十四卷，分論婦科、產科諸病，附有方劑和醫案，有許多新見解。北宋錢乙《小兒葯證直訣》，是理論與實踐結合的名著。南宋宋慈《洗冤集錄》十五卷，是世界上最早的法醫學專著，對後世法醫學影響很大，近代又被譯為英、法、德等多種文字。
農藝學
北宋末陳旉總結兩浙農民的耕作經驗，在南宋初撰成《農書》，是綜合性的農學著作，介紹了稻、麥、粟、豆、麻、芝麻等種植時間和方法，以及養牛和蠶桑等，注意到多種經營，以提高土地利用率。指出土壤好壞不一，只要治理得法，都適合耕種並能經常保持新壯，書中有專篇論述施肥、秧田育苗等農技。
皇祐元年（1049）陳翥撰寫的《桐譜》，嘉祐四年（1059）蔡襄著《荔枝譜》，淳熙五年（1178）韓彥直著《橘錄》，都是傳世最早的有關經濟作物的專著，論述了桐、橘和荔枝的種類、土宜、栽培、採伐或採摘，以及果品的加工、貯藏，有的還論述了防治病蟲害、果園管理等。園藝方面，除「本草」一類書中和南宋陳景沂《全芳備祖》已有論述外，還有不少專書，如劉攽、王觀、孔武仲都撰有《芍藥譜》傳世；《菊譜》亦曾有多種，傳世本是劉蒙於崇寧三年（1104）撰寫的。這些書中論述了植物變異現象，以及通過嫁接產生變異等。
建築
端拱二年（989），喻皓建成開封開寶寺木塔，他根據當地多西北風，使塔身微向西北傾斜。修建杭州梵天寺塔時，他對木塔的穩定性問題又作了科學的說明。開封開寶寺木塔焚毀後，慶曆元年（1041）建成磚塔，屋檐、斗拱等用特製的鐵色琉璃磚塊，塔身面磚為有佛像等浮雕圖案的鐵色琉璃磚，因此俗稱鐵塔。建築此塔改變了磚砌塔筒與木製樓板相結合的傳統做法，改用發券等法建築塔心室和樓道等，成為以後北方通用的磚塔建築方法。今河北定州的開元寺塔，是為了抵抗遼軍瞭望敵情而於至和二年（1055）建成，亦稱瞭敵塔，高八十四米，是中國現存最高的磚塔。蘇州報恩寺磚塔和泉州仁壽寺、鎮國寺兩座石塔，則具有宋代南方建築風格，飛檐高出，形象輕盈。泉州附近的洛陽橋，嘉祐四年（1059）建成，「其長三百六十丈，種蠣於礎以為固」，是中國著名的梁架式古石橋。《清明上河圖》描繪的虹橋，用木建成，結構科學，不建橋墩，便於航運。北宋滅南唐，根據樊若冰的建議造船數千艘，先在石