纸、印刷术、指南针和火药，是我国古代的四大发明，也是我国对世界文明的贡献。在宋代，四大发明无论在使用方法上，还是制作技术上，都有了极大的发展。
    我国是最早发明印刷术的国家。随着造纸和制墨等技术的出现，雕版印刷术也发明出来了。雕版印刷就是把图案和文字刻在木板上，用水墨进行印刷。唐代时，雕版印刷在我国已非常盛行，而宋代毕昇发明的活字印刷术则是印刷技术发展的一大飞跃。
    据《梦溪笔谈》记载，发明活字印刷术的是宋仁宗庆历年间的刻字工人毕昇。毕昇当时在北宋国都汴梁城从事书籍刻印工作，是个技艺高超的工匠。他看到，用雕版印刷术印书，书坊要刻很多木板，这些木板堆积如山，要占用好多房间。书印完后，雕版就失去用处，只能当柴火烧了。他觉得十分可惜，于是在心中萌发了改进雕版印刷的念头。他想到：有很多字在印书时是经常出现的，如“之乎者也”，每次出现都要刻一次，太麻烦了，要是刻一次能反复使用就好了。
    另外，要让老的雕版在印刷以后仍可以重新使用，就必须把雕版拆散成为单个的字。但字怎么才能拆开呢？拆开后又怎么才能合拢印刷呢？如果把字一个一个分别刻在一块小木板上，也许能行。
    于是，毕昇立即动手试验。他把整块整块的木板切成一块块半寸见方的小木块，然后找出三千个常用字，刻在小木板上。他把每个单字都刻上好几个，有些常用的单字像“之”、“也”等，各刻了二十多个。
    那些分散的字如何连结起来，又用什么材料来连结呢？毕昇找来松香、油蜡、纸灰等材料进行试验。
    他先预备好一块铁板，铁板四周围了一个铁框。铁板上先敷好松香、蜡烛和纸灰等材料，然后在铁框内把一个个用木头雕刻好的字放进去，按照要求排列整齐。再把铁板放在火上去烤。待松香熔化后，用木板一压，满满一框木活字就整齐地粘在一起了。毕昇把墨均匀地涂在木活字上，再把纸铺上去，用刷子轻轻一刷，揭下来一看，一张字迹清晰的印刷品就呈现在了眼前。
    但木质的字模容易吸水变形，印了几次字迹就模糊不清了。怎样才能找到一种既不吸水变形，又能雕刻成字的材料呢？毕昇为寻找新的材料而动足脑筋。
    看到自己家里烧水用的瓦罐，他想，用泥坯做字不是挺好的吗？如果先用泥坯刻好字，再放进窑里进行烧制，不就可以制成像瓦罐那样不吸水的泥活字吗？于是，他在自家后院搭起了一座小窑，又用胶泥制成许多半寸见方的“小土坯”，刻成五千多个字块，然后点火烧窑，日夜守候在旁。两天后，一套不吸水、笔画清晰、坚如牛角的泥活字终于制成了。
    毕昇把活字版拼好，试印了三百多张，每一张都清清楚楚。活字印刷终于试验成功了。后来，德国的谷登堡也发明了用金属铜制成活字进行印刷，但比起毕昇来，已经迟了四百年了。
    活字印刷促使宋代印刷业发达起来，印刷业的发达又促进了造纸业的发展。宋代也是造纸业发展的鼎盛时期，其中最重要的成就是以竹子为原料，制作成质量较好的竹纸。竹子的质地较紧密结实，要把它的纤维分离出来作为造纸的原料，在工艺上是有较大难度的。竹纸在宋代被大量地造出来，成为当时图书典籍、官府文件等的主要用纸，表明当时的造纸技术有了重大发展。此外，四川的造纸工人用舂米的水碓（ｄｕì）舂捣造纸原料，既节省人力，提高工效，又能保证质量；安徽的造纸工人则造出了长达三至五丈的巨幅纸。这些都是古代造纸技术的重要革新和发展。
    我国早在战国时期，就有人利用天然磁铁矿发明了指示方向的仪器“司南”。司南的样子像个勺子，底圆圆的，放在平滑的“地盘”上会转动，地盘上则刻有表示方位的刻度。由于地磁原理，司南停止时勺柄会指向南方。但司南在转动时摩擦力较大，因而不够灵活，受到震动时也不够准确。
    根据《梦溪笔谈》的记载，北宋时发明了用细小的钢针在天然磁石上摩擦制成指南针。细小的钢针经过天然磁石的摩擦而带有磁性，成为磁针，可以指示方向。后来人们把磁针装在刻有方位的罗盘上，这样就制成了使用方便、指向准确的罗盘针。到北宋末年，这种罗盘针已开始在海船上使用了。
    火药是我国古代的炼丹家在炼制丹药时发明的。唐代中期有了制造火药的记载，唐代末年火药已被用于作战。到了宋代，火药已被广泛地用于军事，并出现了火箭、火炮、火枪等多种使用火药的武器。北宋政府还设置了专门制造火药和火药武器的作坊，兴盛时工匠达到四万人左右。
火箭是在北宋初期出现的。这种武器是把火药绑在箭头上，加上引线。使用时点燃引线，把箭射向目标，十分方便。北宋军队与西夏作战时，一次就使用了二十五万支火箭。北宋末年出现了一种叫“霹雳炮”的武器，点燃火药后炮会炸开，烟雾弥漫，能迷住敌人的眼睛。南宋时又发明了突火枪，这是一种世界上最早的管状射击武器，被认为是近代步枪的前身。突火枪原来是用粗毛竹制成的，到元代时改用铜铸造，名称也改为“火铳”。现在，在北京中国历史博物馆中，还保存着一件元代铸造的铜火铳。这是目前所知道的、最早刻有铸造年代的火炮。