正是在明末清初這段時間，伴隨著歐洲傳教士在中國相對自由的活動，西學即歐洲的科技文化在中國的傳播，出現了一次活躍與高潮。
在天文學方面，歐洲傳教士們來到中國後，不僅翻譯、介紹了許多西方天文歷算方面的書籍，而且引進、製造了一批天文儀器，如地球儀、天體儀、望遠鏡，等等。如湯若望在明末、清初先後編成《崇禎曆書》和《時憲歷》。後者就是一直沿用到今天的陰曆。還編著了《古今交食考》、《測食說》、《恆星出沒》、《渾天儀說》等天文著作。比利時籍的傳教士在清朝供職期間，更主持設計製造了六件大型銅製天文儀器，有天體儀、赤道經緯儀、黃道經緯儀、地本經儀、象限儀和紀限儀，安置在北京觀象台。並由南懷仁繪圖陳述，收入了《靈台儀象志》。在介紹歐洲先進的天文學說方面有重要貢獻的另一位傳教士，是法國的蔣友仁。1761年，蔣友仁將手繪的《坤輿全圖》進呈乾隆皇帝。此圖附有說明，介紹了伽利略和哥白尼的地動說及行星運動說，指出哥白尼學說「以太陽靜地球動為主」。蔣友仁的《坤輿圖說稿》手抄本，經中國著名學者何國宗、錢大昕潤色，刻印流傳，受到中國學者的重視。
在數學方面，利瑪竇和徐光啟合譯的歐幾里德的數學名著《幾何原本》，是關於平面幾何學的系統性著作。由此傳入中國一種嶄新的邏輯推理方法，也大大豐富了中國幾何學的內容與表述方式。原書15卷，當時只譯出了前六卷，刻於1607年。利瑪竇同李之藻合譯的另一部數學著作《同文算指》，是我國最早介紹歐洲筆算的著作。在這部書中，從加減乘除到開方，中國和西方的算術第一次融會在一起。由於簡便易行，經過後來的改進，得到了普遍的推廣。1634年編成的《崇禎曆書》中，也介紹了大量的西方數學方法，將西方平面三角學、球形三角學傳入中國。湯若望也編寫了《幾何要法》和《新法算術》等數學著作。在17世紀的中國，計算工具共有四種：珠算、筆算、籌算、尺算，後三種都是從西方傳來的。
當西方傳教士來華的時候，正值明朝末年。國力逐漸衰微的明帝國，面對關外崛起的滿族(1636年建國號大清)，自然地對西方先進的火器極感興趣。葡萄牙人最早將西洋火炮從澳門帶到北京，當時人稱「紅衣大炮」。因為葡萄牙被稱為「佛郎機」，所以又稱「佛郎機炮」。這些「佛郎機炮」在對滿族軍隊作戰中發揮了威力，被封為「紅衣大將軍」。湯若望來華後，也奉命鑄造火炮。在皇宮旁特地設立了一個鑄炮廠，兩年時間就鑄造了20門大炮。最大的可容40磅的炮彈。湯若望還口授了《火攻絜要》，就是專門傳授火炮的圖樣、製作和應用的著作。清朝早在立國之前，就十分重視西洋火器。他們的「紅衣大炮」，也被封為「大將軍」，隨部隊行軍作戰。清朝初年，為了平定「三藩之亂」、防備台灣鄭成功武裝力量的需要，仍然重視西洋火器的製造。南懷仁就曾奉命督造神威大炮，著有《神威圖況》。
當大清帝國的統治逐漸鞏固之後，統治者的興趣與注意力逐漸轉向傳教士們帶來的歐洲新鮮奇巧的工藝品，如自動機器和鐘錶，等等。康熙時在清宮服務的法國傳教士陸伯嘉，專造鐘錶與物理器械；另一位法國傳教士楊自新，曾獻給乾隆皇帝一隻自行獅，能走百步，發條藏在獅子腹內；後來又製造一獅一虎，能行三四十步。傳教士汪達洪製造的兩個機器人，能手捧花瓶行走。他還改造過一個英國奉獻的機器人，使他能書寫滿蒙文字。
同天文、數學一道傳入中國的，是西方的地理學。利瑪竇的《坤輿萬國全圖》，第一次向中國人展示了地球的全貌，使中國人大大開闊了視野。利瑪竇編繪的世界地圖，後來曾多次改進刻印，有多種刻印本。義大利傳教士艾儒略撰寫的《職方外紀》一書，有世界地圖在前，介紹文字在後，是第一部對中國全面介紹近代世界地理知識的著作。義大利人衛匡國著有《中國新地圖集》，被歐洲人稱為「中國地理學之父」。康熙時期，委託傳教士雷思孝、白晉、杜德美等人對全國進行普遍性測繪。測繪工作在十分困難的條件下進行。當時測量工具簡陋，只能以繩測量。隨時隨地觀察天體，用三角法測量，以規定經緯度。經過10年努力，終於完成了《皇輿全覽圖》。它是當時世界上工程最大、製圖最精確的地圖。這幅中國地圖，比當時所有的歐洲地圖更準確。後來，在乾隆年間，傳教士宋君榮、蔣友仁等在中國學者的合作下繪製成一幅亞洲地圖，稱為《乾隆內府銅版地圖》，或者《乾隆十三排地圖》。
歐洲傳教士還把西方生物學、醫學知識傳入中國。為了求得自己的進身之階，歐洲傳教士們還常常運用自己的醫學知識與技能為皇室和王公大臣看病。如法國傳教士洪若翰、劉應等人，就曾用金雞納霜(即奎寧)治好了康熙皇帝的瘧疾，外科醫生羅德先還為康熙皇帝治好了心悸症和上唇瘤；安泰不僅隨皇帝巡遊，成為侍從御醫，而且平常為教友看病，往往門庭若市。傳教士白晉和巴多明還將一部法國醫學著作、根據血液循環及最新發明編寫的《人體解剖學》譯成滿文，並附有滿文說明的插圖。
傳教士們還把歐洲的建築技術與風格帶到中國來。他們在各地修建歐洲風格的教堂。特別值得注意的是，康熙年間開始修建的我國著名的皇家苑林——圓明園，就有歐洲式的建築。圓明園的附園——長春園的一部分，是仿法國宮殿風格設計建造的。這一工程，就是義大利傳教士郎世寧奉乾隆皇帝之命主持的。法國傳教士蔣友仁協助郎世寧設計的西洋樓建築群，中西合璧，規模宏大。蔣友仁擅長設計和工程機械的技能，特別肩負著設計「水法」(即噴水池)的任務。他設計的噴泉式水鍾，用十二生肖代表十二個時辰，會輪流按時噴水。在西洋樓遠瀛觀南端的觀水法，是乾隆觀看噴水景色的地方，現在還能看到當年放置寶座的台基和石雕屏風，以及歐式的門。建成之後，大受乾隆皇帝的讚賞。
郎世寧不僅在西洋樓建築群的設計和修建中對西方建築術的傳入中國有著重要貢獻，而且還將西方繪畫藝術帶到中國來。這位義大利傳教士，是一位傑出的畫家。早在來華之前，已頗有成就。在他20歲左右的時候，就完成了熱那亞一座修道院的壁畫，顯示了成熟的技藝。郎世寧把文藝復興以來先進的歐洲藝術成就帶到中國。他隨身帶來一批西方藝術典籍，來華後據此編寫教材，傳授藝徒。據說他曾同一位中國官員合作，編寫了一本教授繪畫技藝的書。郎世寧到中國，大受清朝統治者的喜愛，成為一名宮廷畫家。在清廷長期工作期間，他將西方透視、光暗表現等科學技法傳授給中國畫家。郎世寧在中國的繪畫藝術上的重要貢獻，在於他善於融會貫通，以西法作中國畫。在西方精於寫實、透視的基礎上，郎世寧吸收了中國的傳統畫法，不僅花鳥造型富於生氣，各種馬姿尤為精彩，人物風度服飾也相當中國化，但面部則用西方立體光暗表現。例如，郎世寧一生的力作之一《馬術圖》，高2.23米，闊4.26米，已突破中國捲軸的範圍，實際上是西方巨幅油畫的形式，但筆法全是中式。這幅巨作描繪乾隆皇帝在承德避暑山莊接見蒙古首領阿睦爾撒納等人的實況，以阿睦爾撒納等11位被接見的蒙古首領居中，乾隆騎馬位於右側，文武大臣簇擁於後，左面則繪以表演馬術的騎兵。這幅畫的構圖也和中國傳統的「天子居中」的宮廷接見圖完全不同，是以側面展開，由右至左，實際上是運用了文藝復興以來常見的表現聖母和聖嬰耶穌接受東方賢者禮拜的構圖形式。此外，郎世寧還經常與清朝的中國宮廷畫家合作，如《乾隆雪景行樂圖》，就是他與唐岱、陳枚等人合作而成。圖中樹木坡石皆用中式畫法，而人物頭像則用西式畫法，建築則運用透視法，整幅畫構圖氣魄渾宏，用筆工整，著色尤為華麗，是一幅宮廷畫佳作。
歐洲傳教士們不僅將西方的文化傳到中國，他們也將中華文明傳回西方。
傳教士們進入中國後，常常遊歷四方，到處傳教，因而對中國有了比較切實的認識。他們根據自己的見聞和經歷寫下的札記、日記、書信等等，在歐洲人眼前展開了一個更加真實的中國，大大開闊了歐洲了解東方的視野。利瑪竇留下的關於中國的札記，內容包括了當時明代中國的各方面情況，以及耶穌會自沙勿略以來在華傳教的過程。1614年，比利時籍耶穌會士金尼閣將這部札記帶回歐洲，並將它由義大利文譯成拉丁文，於1615年在德國奧格斯堡出版。書的名字為《耶穌會利瑪竇神父基督教遠征中國史》。在這部著作中，利瑪竇把中國人稱為「最勤勞的人民」，並且說：「中國這個古老的帝國以普遍講究溫文有禮而知名於世。」直到利瑪竇之前，歐洲人對中國的了解仍是只鱗片甲，沒有超出馬可·波羅筆下那帶有神秘色彩的描述。他們甚至連絲綢之國、契丹和中國這幾個名稱的內在聯繫都弄不清楚。正是利瑪竇弄清了契丹和中國是一個國家。在這部遺著中，利瑪竇描述了中華帝國的情況，如風土人情、倫理道德、宗教