宋朝在天文学上的最大成就和表现就是苏颂和韩公廉共同制造的水运仪象台，这个高约13米，宽约7米的木质结构一共分为三层，下层包括报时装置和全台的水动力机;
中层是间密室，放置浑象，每个昼夜自转一周，以便与天体运动契合;上层是个板屋，中放浑仪，用来观测星宿的出没和天体的运转情况。
作为宋代杰出的天文学家，苏颂和韩公廉这对搭档还创造出了从浑仪内部观测天体的设备假天仪，这个创造也被喻为是近代天文馆假天象的雏形。而应用于下层的齿轮转运的机械原理，又被视为是欧洲中世纪天文钟的先驱。而整个仪器最重要的动力装置“擒纵器”更是集工艺于大成，因此被评价说“其制造之精，远处前古(《畴人传·苏颂》)”
通过假天仪器，苏颂又得以绘制出不同天体演变情况的星图。尽管他们制作的这个假天仪相当简陋，但实用性非常强，它不过用竹木制成，行状如同球状竹笼，外面糊上白纸，按照天上星宿的位置，在纸上开孔。人进入球内观察，外面的光从孔中射入，就会呈现出大小不同的亮点，好象夜空中的星星一般。
借助假天仪这一简陋但是十分实用的仪器，苏颂得以绘制出14副星图，其绘制的星数最多达到了1464颗，远比14世纪欧洲文艺复兴时期观测到的1022颗要多，这也让欧洲的科技史家蒂勒、布朗和萨顿等认为“从中世纪直到14世纪末，除中国的星图以外，再也举不出别的星图了。”
火药是我国的“四大发明”之一，在宋朝取得较为长足的进步，火药除了被应用于民间的烟花和爆竹外，还被改良应用于军事之中。
八月，神卫水军队长唐福献所制火箭、火球、火蒺藜，造船务匠项绾等献海战船式，各赐缗钱——《宋史·兵志》
一方面是对火药的应用越来越广泛，另一方面是宋朝在北方不断面临着战争，因此促进了火药在军事上的应用，因此在宋理宗开庆年间还出现一种叫做“突火枪”的兵器，被视为是世界上第一种发射火药子弹的步枪。
又造突火枪，以钜竹为筒，内安子窠，如烧放，焰绝然后子窠发出，如炮声，远闻百五十余步——《宋史·兵志》
可以说正是由于宋代时期对火药应用的推广，这才为后来元明两代的火器发展打好了基础，到了明朝时出现专门应用火器的武装部队“神机营”，出现了如火铳、鸟铳等武器。可以说从宋代开始，我国便开始由冷兵器向热武器过渡的历史，不过由于我国古代统治者对于这一强大武器的认识不够，没有大面积的生产和装备，而是作为一种辅助性的武器。