宋元時代，中國的科學技術水平達到極盛，與同時期世界其它國家相比居於領先地位。
英國科技史專家李約瑟指出，1500年是一個分水嶺，在此之前，中國的科學水平不是歐洲能比的，在此之後，歐洲超過了中國。
在科學諸多門類中，數學佔有重要地位。在以前歷代數學發展的基礎上，南宋以及元代，中國的數學研究放射出絢爛的光芒。
宋元時代，著名的數學“四大家”，即秦九韶、朱世傑、李冶、楊輝，他們在數學研究、教學及實際應用方面，均取得了顯著成績。
當時有一些讀書人，可能由於對求取功名喪失了信心，於是改變方向，轉而開始對科學和應用技術的研究。這些人已經截然不同於以往那些攻讀四書五經的舊式讀書人，他們在自然科學領域打開了一片新天地。
宋元時期，研究數學的人多集中在河北一帶，他們不僅自己鑽研，而且開門授業，教授弟子，傳播數學知識。
宋元數學“四大家”都取得了驕人業績。秦九韶的著作《數書九章》（1247年），記有高次方程的數值解法和聯立一次同餘式解法。十三世紀中葉和末葉李冶和朱世傑發表的著作，分別討論一元和多元方程以及高次聯立方程的消去法，叫做“天元術”和“四元術”。朱世傑則更進一步，將高階等差級數的數法，發展為插值的招差值。朱世傑的發現，要比牛頓插值公式早了三百年。南宋的楊輝把北宋沈括首創的“隙積法”發揮為“垛積術”，即高階等差級數求總和的方法。
楊輝還編纂了幾部商用數算的書籍供商人使用，這在數學發展史上是前所未有的開創性的舉措。
宋元時代的數學，與生產活動和商業活動有十分密切的關係，諸如在土地測量、糧食儲存計算、土木工程中有十分廣泛的應用。
他們除了撰寫數學著作外，為了便於學習記憶，還編出許多計算歌謠，流傳甚廣。
珠算，是指用算盤計算。在數學發展的基礎上，算盤應運而生。算盤大約出現在元代，時間粗略估計是在十四世紀初葉。算盤的使用使計算變得非常簡潔，算盤出現後，數學的研究腳步放緩了。
除數學外，其它領域的科學技術在這個時期也都取得了令人矚目的成就。
首先是天文學。天文學和數學關係密切。元代的郭守敬既是數學家又是天文學家，他製作的觀測儀器有數十種之多，包括渾天儀、候極儀、立運儀、渾象、仰儀、高表、景符、窺幾、正方案等等，在還沒有望遠鏡的那個時代，郭守敬的儀器是當時世界上最精密的觀測儀器了。
其次是紡織業。元代，中亞的金線毛織品技術傳入中國，使得中國的織錦技術更加燦爛可觀，產生了許多精品。黃道婆從海南黎族那裡學會棉紡織技術，在江南推廣，使得江南在絲織品之外又增加了棉織品，人們製作服裝又多了一種原料。
再次是冶鐵業。宋代冶煉鋼鐵的數量已居世界之冠，在此基礎上元代又增加不少，忽必烈時代的冶鐵量比北宋增加一倍，達到年產一千萬斤。元代冶鐵技術也提高不少，已經使用碎瓷和黏土建鍊鐵爐，這種爐子耐火度更高。另外，還能生產出“鑌鐵”，實際是一種高碳鋼，可見技術已經達到很高程度。
第四是陶瓷業。宋代的鈞窯，汝窯，龍泉窯長期以來都是生產外銷的高檔瓷器。中國生產的這種用高溫燒製的瓷器，中亞和歐洲都製作不出來。元代從阿拉伯地區進口製作青花瓷的顏料，使中國人制作的青花瓷器更上了一個臺階，比以前用本地產的顏料製作出的產品顏色更靚麗，更清澈。中國除從阿拉伯地區進口顏料外，後來也從南洋進口青花瓷顏料。
阿拉伯也能製作青花瓷器，不過他們製作的青花瓷器和中國製造的不在一個檔次，所以，他們還需要大量進口中國瓷器。中國製造了大量精美的青花瓷和其它瓷器，圖案都是阿拉伯風格，就是專門為出口到中亞各國而生產的。
這個時期瓷器生產的另一個突破是，掌握了“釉下彩”技術。青花瓷是釉下彩，“釉裡紅”也是釉下彩，釉下彩比釉上彩在技術上更上一層樓。這些都是中國的獨門絕技，中東和歐洲都仿製不來的。
第五，火藥。宋代火藥已經用於戰場上。蒙古人進攻巴格達時就使用了裝上火藥的“鐵瓶子”，這時類似於後來炸彈一種鐵傢伙。蒙古人在進攻襄陽時，用強力投擲器把裝上火藥的鐵瓶子（“炸彈”）遠距離投向對方陣地。投擲器來自阿拉伯，“炸彈”來自中國，這兩種東西結合在一起，已經可以起到類似大炮的作用，在武器發展史上具有劃時代的意義。蒙古人在宋代突火槍和火筒的基礎上，製成火銃，這已經很接近步槍了。只是歐洲人後來居上，葡萄牙人發明了紅衣大炮，功能遠勝於火銃，直到此時中國人才開始落後於歐洲。
