说到中国古代的科技文明，就不能不说四大发明。指南针、火药、纸张和印刷术的发明，不仅给中国文化带来重大影响，也影响着世界的文明进程。
指南针与航海术
大约在公元前5世纪左右，中国人就发现了磁铁的指极性。指南针的前身就是出现于战国时期的一种名为“司南”的小玩意。今天，我们常常将其作为中国古代科学技术的象征物。这是一个很漂亮的物件，在平滑的“地盘”上，放上一个像勺子的物品，勺子以天然磁石经过琢磨制成，重心恰好落到勺底的正中，勺子为圆底，可以自由旋转，当它停下之时，勺柄就会指向南方。当时人们就将它派上了用场，如当时郑国人到远方采玉，就使用“司南”，确保不迷失方向。
“司南”利用的是地球磁场的作用。地球是一个大磁体，它的两极分别在接近南极和北极的地方，因此地球表面的磁体自由转动时，就会因磁体同性相斥、异性相吸的性质指示南北。
司南
到了公元4世纪，东晋人发明了一种叫做“指南鱼”的小游戏。其方法是拿一块薄铁叶，剪裁成鱼形，两头翘起，腹部的地方略微有些下凹，看起来像一只小船，磁化后浮在水面，就能指示南北。磁化的方法是将铁片放到火中烧，烧红的铁片放置在子午线的方向上，这时，铁片内部分子处于活动状态，铁分子顺着地球磁场方向排列，达到磁化目的。这是中国人利用磁化作用的众多小发明之一。
中国人发明指南针技术并加以广泛运用大约在公元9至10世纪。公元10世纪时中国人发明了缕悬式指南针，小小的磁针挂在高高的梁柱上，磁针的下面是圆星的方位盘，有二十四向，磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向，通过看磁针在方位盘上的位置，就能断定出方位。
公元12世纪时，中国人还发明了“指南龟”：将一块天然磁石放置在木刻龟的腹内，在木龟腹下方挖一光滑的小孔，放置在木板顶端的竹钉上，这样木龟就有了可以自由旋转的支点了，静止时首尾分指南北。
大致在北宋时，指南针就被用于航海。开始时人们对它的性能并不太熟悉，所以航海人员晚上靠星星、白天靠太阳辨别方向，逢到阴天才靠指南针。到了元代，指南针对于航海的作用被充分认识，不论白天黑夜，不论阴天晴天，航海者都用指南针辨别方向。人们在船上设置了专门放置指南针的“针房”，并有专业人员负责看管。当时的指南针技术还比较粗略，多是将指南针放到水中，即所谓“浮针”，后来把它和罗盘结合起来，指南针的使用范围便日益广泛。
指南针的发明，促进了中国人的航海事业。中国人配合对潮汐、季风等的观察，在航海中创造了一套实用性很强的导航技术。正是凭借这样的导航技术，才出现像郑和下西洋那样的海上壮举，将中国人的航海事业推进到一个新时代。
造纸术和文明的传播
战国时有一位思想家惠子，与庄子是朋友。惠子是逻辑学家，他很有学问，人们说他“学富五车”——今天中国人常用这个成语形容有学问的人。惠子的学问再大，怎么能读完装满五车的书？原来，当时的书不是写在纸上，而是刻在竹简上的。
人类发明了文字，有了文字就要书写。中国自古以来，发明了许多种书写的方式：有刻在龟甲上的，那是三千多年前的甲骨文；有铸在青铜器上的，那是金文；有锲刻在石头上的，那叫碑文；也有刻在竹简上的；还有写在布帛上的。
元至正元年（1314） 朱墨双色套印《金刚经注》
龟甲上的锲刻，石头上的雕写，都很不容易，写成了不易携带，也不易传播。铸造在青铜器上的金文或写在布帛上的帛书，都太昂贵。正是在这样的基础上，人类发明了纸。
人们都知道蔡伦造纸，实际上，在东汉蔡伦大规模造纸之前，中国人就已经发明了造纸术，20世纪在中国各地出土的许多西汉时期的古纸片，可以证明这一点。这并非否定蔡伦造纸之功，而是说蔡伦的造纸术并非是突然之间的发明，它有一个技术积累的过程。西汉时期出土的植物纤维纸，是蔡伦造纸的前身。蔡伦扩大了造纸原料的范围，破布、鱼网、树皮、麻头等都可以造纸，其中树皮造纸更是他的发明。他的造纸工艺更为精细，造纸术到他这里，摆脱了纺织品附庸的地位——此前都是利用纺织之后抛弃的副产品来造纸的，蔡伦将造纸发展为一种独立的工艺。
东汉末年，蔡伦的造纸术被广泛运用，到了公元3至5世纪的两晋时期，人们利用纸张写字，并由此发展出写在纸上的书法艺术。同时，利用纸来作画。到了后来造纸技术日渐提高，一些特殊的纸张也诞生了，如对中国书法和绘画影响深远的宣纸。
中国的造纸术先后传到了越南、朝鲜、日本。公元7世纪左右，又传到了印度。造纸术还通过陆上丝绸之路传到了西亚、欧洲。在公元10世纪前后，阿拉伯国家出现了大量的造纸工厂。欧洲的造纸业大致从公元12世纪才开始，在这之前，欧洲人主要使用羊皮等来书写，据说书写一本《圣经》，需要三百多张羊皮，可见其昂贵程度。造纸业的兴盛，开创了人类文明的新纪元。
传播知识的印刷术
在电子媒介出现之前，人们靠书本传递知识。今天我们很难想象，没有书本，知识将如何传播。仅仅是口耳相传，传播的力度实在太有限了。书本通过印刷，可以大量的复制，很多人读着同样的书本，这便有了知识的传播和思想的交流。所以，印刷术对人类文明的发展极为重要。有人说：印刷术是“文明之母”。这是一点也不过分的。
中国人发明了印刷术。这与中国的历史有关。中国作为具有五千年历史的文明古国，有重视历史的传统，中国人很早就发明了文字，今天人们还在使用这套符号。通过文字，将思想和知识传到千里之外，传至绵绵后代，为人们所共享，这一直是中国人孜孜追求的事。
在大规模的复制书写的印刷术产生之前，有两件事的出现尤为重要，它们可以被视为印刷术的前声。
一是印章。中国人有三千多年治印的传统，今天我们还可以看到三千多年前的印章。印章是将姓名（并扩展到其他内容的文字）镌刻在铜器或者是锲刻在石头上，作为凭信，实际上也是一种复制方法。
二是碑刻拓印。学习书法的人都知道，学书要临碑帖，有汉碑、魏碑等说法。碑刻文字多是汉代以来流传下来的。这些刻有文字的碑有的今天还存在（如西安碑林收集了大量的碑刻），有的已经不在了，但它们的内容已经被前代人用纸张蒙在碑刻上拓印下来了。拓印碑刻的方法，其实也是一种文本复制。
汉印之一
汉印之二
所以，印刷术发明出现在中国，一点也不奇怪，这与中国特有的文化传统密切相关。
在中国，印刷术的发明，经过了由雕版印刷到活字印刷的发展阶段。大约在公元7世纪的初唐时期，中国出现了雕版印刷术。它的方法，是用刀在一块块木板上雕刻成凸出来的反写字，然后再上墨，印到纸上。现在我们知道，唐咸通九年印制的《金刚经》，是世界上现存最早的有刻印时间的印刷品，这一印刷品的雕版现在藏在英国伦敦大英图书馆。从雕版印刷术的刻印方法上，也可看出它与印章、碑刻的渊源关系。如印章，也是在石料等上刻上反字，然后蘸墨或印泥，在纸上印出字来。雕版是更大规模的印刻。雕版印刷在唐宋时期是中国主要的印刷方法，今天可以看到雕版印刷的不少传世精品。南宋时还出现了彩色套印雕版术，每页要刻两张板，这对印刷技术要求很高。
但雕版印刷有很大局限，每印一种新书，木板就得从头雕起，书有多少页，就需要刻多少板，效率较低。同时，雕刻本身工艺要求高，极为辛苦。公元11世纪中叶，一位名叫毕昇的平民，发明了活字印刷。活字印刷是用胶泥刻字，每字一印，烧后制成字印。将一颗颗字印排列、镶嵌于铁板之上，经烧烤、压平等工艺制成印版后，便可印刷。印版上的字印可取下反复使用。继此之后，人们又相继发明了磁活字、木活字、锡活字、铜活字等印刷方法。
雕版印刷术在中国出现不久，其技术就传到了日本和朝鲜。北宋时活字印刷术出现，公元15世纪初传入朝鲜后，朝鲜人又在活字印刷的基础上，率先用浇铸法制造成铜活字。顺着陆上和海上两条丝绸之路，中国的印刷术很快传到了亚、非等国。意大利旅行家马可•波罗通过他的《马可•波罗游记》，将雕版印刷术介绍到欧洲，引起了轰动。到了15世纪中叶，德国人谷登堡用铅、锡等合金制造成字母文字系统的活字，由此，世界印刷术进入了一个新时代。这个时代一直持续到20世纪40年代计算机发明之时。
火药：炼丹术带来的发明
13世纪上半叶，蒙古军队西征西亚和欧洲，凭借骁勇善战的骑兵，长驱直入。据波兰历史学家德鲁果斯《波兰史》一书记载， 1241年4月9日，蒙古大军与波兰和日耳曼的3万联军在华尔斯塔德平原上激战，最后蒙古人取得了胜利。波兰人将这场战争的胜利归因于蒙古人使用了威力强大的火器。蒙古人从木筒中成束地发射火箭，木筒上都绘有龙头，波兰人将其称作“中国喷火龙”。
蒙古人的这种“中国喷火龙”，其实就是在中国发明的火药基础上制造出的武器。火药作为人类掌握的第一类爆炸物，起源于中国的炼丹术。在两千多年前，中国就有了炼丹术，企图炼制出“仙丹”，以求人的长生不老。虽然从来没见过吃这种“仙丹”而长生不老的，但“仙丹”的炼制方法却导致了“火药”的发明。
叫它“火药”，是因为中国人本来是将它当作一种达到长生的药物的。炼丹所用有三种原料：硝石、硫磺和木炭。这三种物质混合燃烧，会产生大量的气体，如果将它们密封包裹，就会迅速膨胀，冲破包裹，产生爆炸现象。炼丹术没有使人得到长生，却促使“着火的药”的产生。
中国人至迟在公元9世纪时，就将这种寻求长生的药物用到军事之上。唐朝末年的军阀混战中，曾有“发机飞火”的记载，人们利用抛石机来发射石头，就是将火药包点火以后，产生爆炸，石头便随之飞射出去，以打击敌人，这是最原始的火炮。
北宋时期，火药在军事上的运用更加广泛，国家将火药投入大规模的兵器生产中。各类源自火药的兵器相继产生，并在战争中得到运用。12世纪初（南宋初年），宋军和金人作战，宋军大放“霹雳砲”，一声炮响，声震天下，随之而喷出大量的纸屑、石灰散、硫磺等，漫天飞撒，这一招对以骑兵为主的金兵很有杀伤力。金兵在飞沙走石中，人与马都迷失了方向，大败而归。
清乾隆本活字版印本
南宋时，一位叫陈规的下级官员，发明了火枪。他将火药装进长竹竿，作战时由两人操作，点火后发射。这是一次具有重要意义的发明，利用这样的发明，人们可以掌握和控制火药的起爆时间，它是人类告别冷兵器时代的巨大飞跃。后来元人在此基础上发明了真正的手枪“火铳”，以金属制造，以手持之，威力巨大，人称“铜将军”。
利用火药制成兵器，初始阶段，都是国家绝密之事，但最终还是流传出去，因为只要有战争，就会交手，战争其实是敌我双方兵器大展示的机会。火药在蒙古人横扫欧亚的时候，其实就传到了世界各地。到了公元14世纪，意大利人就开始使用这种热兵器，在威尼斯和热那亚海上贸易争夺战中，双方都使用了火器。后来西方侵略者也是利用火药所制造出的利炮，打开了中国的大门。
从历史发展来看，中国古代的四大发明都是为人类社会生活带来革命性变化的科学发明，这是中国人对世界文明的伟大贡献。