两汉时期文化科学异常活跃，对外交流意义重大。汉朝进一步奠定了汉民族的民族文化，西汉所尊崇的儒家文化成为当时和日后的中原王朝以及东亚地区的社会主流文化。到现今，“汉人”仍为多数中国人的自称，而华夏族逐渐被称为“汉族”，华夏文字亦被定名为“汉字”，汉武帝废黜百家独尊儒术，儒学成为中国几千年的统治思想，并且最早开始在京师长安设太学，并且开始儒学中的经学，东汉光武帝时期太学生一度多达三万。汉明帝时期，佛教东渡首次来到中国，在洛阳营建的第一座佛教寺庙洛阳白马寺，中国第一部汉译佛教经典是在白马寺译出的四十二章经，张道陵创立道教也是影响中国的大事。
五德学说
汉朝最早使用年号，建元为第一个年号。汉初根据五德终始说，定正朔为水德，汉武帝时，又改正朔为土德，直到王莽篡汉建立新朝，方才采用刘向、刘歆父子的说法，认为汉属于火德。汉光武帝光复汉室之后，正式承认这一说法，从此确立东汉正朔为火德，东汉及以后的史书如《汉书》、《三国志》等皆采用这种说法，因此汉代亦被称为“炎汉”。又因汉朝皇帝姓刘而称“刘汉”。
学术著作
汉代是中国历史上科技与文化非常辉煌的一个时期。国家也非常重视教育和学识。东汉桓帝时，仅太学生就号称有3万人。在史学方面，司马迁的《史记》是中国第一部纪传体通史，也是二十四史中的第一部，为以后两千年正史的编纂提供规范。全书分为十二本纪、十表、八书、三十世家、七十列传，共一百三十篇，五十二万六千五百字。班固所编写的《汉书》分为十二纪、八表、十志、七十列传。全书体例仿效《史记》，惟改“书”为“纪”，废“世家”入“列传”，还开创了刑法、五行、地理、天文、艺文四志和《百官公卿表》。《汉书》是中国历史上第一部内容完整的断代史。更是成为了以后历代王朝撰写本朝历史的范本。而两汉时期其他的史书还有《东观汉书》、《汉纪》和《吴越春秋》等。很多西方学者认为，汉代的作家所开创的史学标准，直到18世纪都一直领先于世界。宣帝时期，在太学中立学官的，《易》有三家，《书》有三家，《诗》有三家，《礼》有一家，《春秋》有两家，共十二博士。东汉初年，增加到十四博士。到东汉晚期，古文经学走向发达，今文经学日益衰微。汉政府设立乐府，搜集民间诗歌，即为乐府诗，后世的《乐府诗集》《古诗十九首》《玉台新咏》中便搜集了不少汉代乐府诗，长篇叙事诗《孔雀东南飞》也是写成于汉代末年。赋是一种新的文学体裁，司马相如的《子虚赋》、《上林赋》，张衡的《二京赋》等均为千古传颂的文学名篇。汉代时期，隶书亦渐渐取代小篆成为主要书写字体，而隶书的出现则奠定了现代汉字字形结构的基础，成为古今文字的分水岭。这一时期，还出现了标点符号的雏形。
尊儒尚法
汉代在立国时用无为而治之法，文景时期，又用道家黄老思想为主，并辅以儒家和法家思想为法制指导思想，不仅强调无为，还注重礼与德的作用，既承认法律的重要性，又坚持约法省简，务在安民。而从汉武帝之后，统治者又确立儒家思想成为了正统思想，并辅之以法家思想为法制指导思想，其中心是“德主刑辅”，即先用德礼教化，教化无效再施之以刑罚。这种刚柔相济的治国之道，成为汉武大帝以后汉王朝法制的指导思想。这一思想对后世历代王朝的立法影响很大。汉宣帝曾有名言：“汉家自有制度，本以霸王道杂之。 ”便是这种思想的精辟阐述。由于秦始皇焚书坑儒所毁坏的很多文献书籍，通过汉代学者的不懈努力和发掘记录得以重现，包括五经当中的古文尚书，也是这时候发掘整理出来的。汉武大帝采纳董仲舒、公孙弘等的意见“罢黜百家，独尊儒术”后，经学成为学术主流。据历史学家黄现璠考证儒学独尊之时代背景时，曾说：“儒学独尊之原因，在客观条件上是由于汉至武帝，六十余年间，社会经济已呈繁荣;帝王集权亦经树立;学术思想自然趋于统一。盖诸家学说皆与帝王集权冲突，如墨家主平等，道家主放任，等等，皆不利于帝王集权。儒家与民言服从，与君言仁政，正合帝王专制之治。加之，儒家学说范围极广，言训诂注疏校勘典章制，甚至阴阳五行等，皆可附从，故得信仰者众。为此，武帝乃行董仲舒之议，罢黜百家，表章六经，儒学遂取得独尊地位。于是，五经博士弟子以及用儒生，行夏时即于此时开始。博士儒学参与实际政治，已非文景时具官待闲。”