秦汉时期，科学技术有很大的发展。
算学
稍晚于《周髀算经》的算学著作是《九章算术》，约成书于东汉前期。全书分为九章：（1）方田（分数四则算法和平面形求面积法），（2）粟米（粮食交易的计算方法），（8）衰（cuī催）分（分配比例的算法），（4）少广（开平方和开立方法），（5）商功（立体形求体积法），（6）均输（管理粮食运输均匀负担的计算法），（7）盈不足（盈亏类问题解法），（8）方程（一次方程组解法和正负术），（9）勾股（勾股定理的应用和简单的测量问题的解法）。其中负数、分数计算，联立一次方程解法和联立二次方程解法的雏形等，都是具有世界意义的成就。全书由二百四十六个算术命题和解法汇编而成，标志着我国古代数学的完整体系的形成。
天文学
两汉时期，关于天体结构，有三种说法，一是宣夜说，已失传；二是盖天说，《周髀算经》即持此说，认为“天象盖笠，地法覆盘。”这种说法违失太多，史官多不采用。三是浑天说，认为天地之象如卵之裹黄，“天转如车毂之运也，周旋无端，其形浑浑，故曰浑天。”这种说法对于天体结构的设想比较近于实际，多为史官采用。
东汉安帝时，太史令张衡掌天文，撰《灵宪》一书，比较正确地阐述了许多天文现象。如说：“月光生于日之所照，魄生于日之所蔽：当日则光盈，就日则光尽也。”他在西汉的浑天仪的基础上，设计了一种新的浑天仪，以漏水转动，星宿出没，与灵台观象所见的情况相符合。
张衡还作候风仪和地动仪。候风仪制法失传。地动仪是用精铜制造的，圆径八尺，形似酒樽，内置机关，在八个方向各安一个龙头，口衔铜丸一枚。哪个方向发生地震，同方向的龙头就口吐铜丸，发出警报。
张衡是一位伟大的科学家，浑天仪和地动仪的制造，不仅是科学技术上的一大成就，还促进了唯物主义世界观的发展，对东汉喧嚣一时的谶纬迷信思想是一个有力的打击。崔瑗在张衡的碑文中称赞他“数术穷天地，制作侔造化。”
历法
秦统一中国后，在全国颁行《颛顼历》。《颛顼历》是一种四分历。一回归年为365日，一朔望月为29日，以十月为岁首，闰月放在九月之后，称为后九月。武帝时，《颛顼历》已行用百余年，出现了“朔晦月见，弦望满亏”的情况。武帝以司马迁、星官射姓、历官邓平和民间历算家唐都、落下闳等二十余人修改历法，于太初元年（前104年）编成新历，这就是有名的《太初历》。《太初历》比四分历科学，行用一百八十九年才出现重大差误。《太初历》根据天象实测和多少年来史官的记录，制定了一百三十五个月的日食周期（称为“朔望之会”，约在十一年中有二十二次日食）。自有了这个周期，历家可以校正朔望，预知日食。太初历还把二十四节气第一次收入历法，这对于农业生产起了重要的指导作用。《太初历》的编制是我国历法史上的第一次大改革。
医学
两汉时期，医学很发展，宫府设有医官，民间医师也很多，多数方士兼通医道。
西汉初年，著名的医学家有淳于意，因曾任齐的太仓长，号仓公。他年少时，从同郡人阳庆学“黄帝、扁鹊之脉书，五色诊病，知人死生，决嫌疑，定可治及药论甚精。”西汉后期的楼护也是一位造诣很深的医学家，他读过医经、本草、方术书计有数十方言，在长安一带行医很有名。
东汉时期的医学更加发展。最著名的医学家有张仲景和华佗。
张仲景名机，南阳人。东汉末年，南阳一带伤寒流行，病死者很多。他为了给人治病，钻研《内经》、《难经》等古代医书，并广泛收集有效方剂，著《伤寒杂病论》一书。至北宋时，分为《伤寒论》和《金匮要略》二书，前者论述当时属于“伤寒”的若干病症，后者论述妇科、内科等多种常见病。
张仲景还从临床实际出发，吸取当时医学上的新成就，把《内经》以来的病因学说，脏、腑经络学说同四诊（望、闻、问、切）、八纲（阴、阳、表、里、虚、实、寒、热）等辩证方法，有机地联系起来，并且总结出汗、吐、下、和、温、清、补、消等治疗法则，还论述了一些处方用药的加减变化规律。这些都是对祖国医学发展的重大贡献。张仲景为后世医家尊为医圣。
华佗字元化，沛国樵（今安徽亳州）人，约于张仲景同时。他是一位杰出的外科医生，亦精干针灸技术。他在长期的医疗实践中，发展了我国的麻醉学和外科手术学。他施行手术时，先使病人用酒冲服麻沸散，然后破开腹或背，剜去瘀积，或清洗内脏，然后缝合，敷上药膏，四、五天伤口便愈合，一个月后，就能痊愈。华佗的麻醉学和腹腔手术，在当时的世界上是最先进的。
华佗还模仿虎、鹿、熊、猿、鸟的活动姿态，编成“五禽之戏”，传授给人们，以锻炼身体。五禽戏是以体育活动为主，与气功结合的健身运动。
《神农本草经》约成书于东汉时期，共著录药物三百六十五种，计有植物药二百五十二种，动物药六十七种，矿物药四十六种。如桂枝、麻黄、杏仁、石膏、附子、黄芩、黄连、知母、柴胡、地黄、当归、芍药等，在临床上有卓越的疗效。这是我国最早的一部较完善的药物学著作。
纸
周秦时期，以竹木简牍和缣帛作为书写绘画材料。简重帛贵，不便使用。西汉中后期，宫廷中已使用一种丝质纸，薄而小，叫做赫蹏。东汉和帝时，宦官蔡伦改进了造纸方法，将树皮、麻头、敝布、渔网等植物纤维捣成浆液，制造出了质量较好的纸张，于元兴元年（105年）献给和帝。从此，这样的造纸方法得到推广，造出的纸被称为蔡侯纸。造纸术又经过二百多年的发展和改进，到了晋朝，有很大进步，纸张成本低廉，平滑合用，完全代替了简帛，成为主要的书写材料。
中国的造纸术约在公元三、四世纪传入朝鲜半岛，后又传到日本。唐中期，传到中亚，后经阿拉伯诸国传到北非和欧洲。造纸术的发明与传播，对于世界文化的发展起了重大的作用。