宋元是我國古代科學技術發展的鼎盛時期，天文、數學、地圖的測繪、器械的製造都取得了輝煌的成就。
宋元時期，為了提高工農業生產效率，十分重視對器械製造技術的改進。元朝王楨教民耕植，總結了全國範圍內的農事，完成了一部《農書》；其中的《農器圖譜》里，繪出了各種農業機械圖，如紡織器械、灌溉工具、運輸工具等。這些器械的製造，都對零部件的公差配合有嚴格的要求。
計里鼓車是一種用輪軸機械量度地面距離的車輛，北宋以前已有記載，但製造原理和方法均已失傳。北宋天聖五年(公元1027年)燕肅重新設計指南車，盧道隆設計製造的記里鼓車，體現了我國機械工程技術的高度成就。關於記里鼓車的製造，《宋史·輿服志》中有關於尺寸規範等的詳細記載，是我國古代對齒輪系運用的範例。用兩個齒數相同的齒輪，中間嵌入一個中輪，便能按同一速度和同一方向運轉，整個齒輪系與車輪同行同止。車上具有一套減速齒輪系，使運動變慢，最後一根軸在車行一里或10里的時候才迴轉一周。每當車行一里時，中平輪轉一周，其上的撥子就撥動下一層木人擊鼓一次；車行10里時，上平輪轉一周，其上的撥子就撥動上一層木人擊鐲一次。今天的汽車裡程表，每行駛一公里，里程錶上便轉動一個數碼，其原理與古代記里鼓車相似。
時間計量在我國有悠久的歷史。《隋書·天文志》記載：「昔黃帝創觀漏水，制器取則……總以百刻，分於晝夜。」中國歷代對計時都十分重視，往往把計時的管理、計時儀器與國家的政令聯繫在一起，並且作為國家法制的一個部分嚴格加以控制。早在《尚書·虞書·舜典》中就有：「在璇璣玉衡，以齊七政」的記載。中國古代的計時方法脫離不了天象，與天文學是分不開的。《遼史·曆象志》云：「八尺之表，六尺之簡，百刻之漏，日月星辰示諸掌上。」中國最古老的計時器是日晷和漏壺。《新五代史·司天考》也說：「晷，漏正，則日之所至，氣之所應，得之矣。」北宋偉大的科學家沈括，在天文、曆法、算學上所取得的成就是舉世矚目的。《宋史·律曆志十三》記：「初，括上渾儀、浮漏、景表三議。」熙寧六年「詔依新式製造，置於司天監測驗，以較疏密。」可惜實物早已無存。
除沈括外，北宋元祐年間蘇頌、韓公廉等人合作製造成「水運儀象台」，用水力轉動，是世界上首創的水動天文鐘，其中精妙的擒縱裝置，相當於鐘錶里的擒縱器，起控制樞輪定速轉運的作用，使這座儀象台把測量儀器的渾儀、表演儀器的渾象和計時儀器設置在同一機構內表達出來，被譽為天文鐘的祖先。
元代的科學家郭守敬，也在天文、曆法、算學等方面有過重大的貢獻。他說：「歷之本在測驗，而測驗之器莫先於儀錶。」他在天文儀器製造方面有驚人的創造力。曾先後製作了簡儀、高表、候極儀、渾天象、景符、星晷定時儀等12種新儀器，其中簡儀和高表是兩個重大的創造。為了提高測量日影的精度，郭守敬在河南建造了一座測景台，表高40尺，較古代八尺之表高出四倍，這樣測量日影長度的相對誤差便可以減少到1/5。按常理，加長表高就能使日影變化更顯著，但是表增高以後，照射在圭面上的日影邊界就會模糊不清，從而達不到提高精度的目的。為了使日影能清晰地投射在圭面上，郭守敬創製了一種叫景符的儀器，用來解決日影邊界模糊不清的問題。景符是在一個小框架上安一個可轉動的銅片，銅片中間開一個小孔，當太陽過子午線時，把景符放置在水平的圭面上，南北移動並轉動銅片，使照射在圭表頂部銅橫樑上的日光，首先通過景符上的那個小孔再照射到圭面，形成一個米粒大小中間帶有銅梁橫影影像的光點，從而達到邊緣清晰的目的。這樣就可以量取到比較準確的影長了。景符的發明，在光學測量儀器發展史上是一個具有重大意義的成就。
郭守敬建造的測景台，台前有石圭三十六方組成「量天尺」，尺度用唐朝小尺，每尺合24.5厘米，是我國現存最早的天文台建築。
郭守敬還創製了能自鳴、擊鼓、計量、報時的大型天文鐘「大明殿燈漏」和「五輪沙漏」。它們都已脫離了天文儀器的範圍，主要應用於計時，與西方17世紀的機械鐘已相差無幾了。