Dinasti Song
Semenjak masa Dinasti Han, saat negara harus mengukur jarak yang ditempuh di kekaisaran, orang Tiongkok menggunakan alat odometer. Odometer Tiongkok berbentuk dokar. Gigi dalamnya berfungsi dari gerak rotasi roda, dan satuan jarak li ditandai dengan alarm drum atau bel. Spesifikasi odometer pada abad ke-11 ditulis oleh Kepala Bendahara Lu Daolong, yang banyak dikutip dalam teks sejarah
"Song Shi" (disusun tahun 1345). Pada masa Dinasti Song, odometer dipadu dengan alat mekanik kuno lainnya yang disebut kereta yang mengarah ke selatan. Alat yang awalnya ditemukan oleh Ma Jun pada abad ke-3 ini menggabungkan gigi diferensial yang membuat figur yang dimuat di atas kereta untuk selalu mengarah ke selatan.
Tokoh "polymath" seperti negarawan Shen Kuo dan Su Song (1020-1101) merupakan lambang kemajuan dalam berbagai macam bidang ilmu, seperti biologi, botani, zoologi, geologi, mineralogi, mekanika, horologi, astronomi, kedokteran, arkeologi, matematika, kartografi, optik, kritik seni, dan masih banyak lagi.
Shen Kuo merupakan orang pertama yang memahami deklinasi magnetik utara sesungguhnya saat sedang bereksperimen dengan sebuah kompas. Shen membuat teori bahwa iklim berubah secara bertahap seiring dengan berjalannya waktu. Ia membuat teori pembentukan tanah, dengan beberapa konsep di dalamnya sesuai dengan geomorfologi modern. Ia melakukan percobaan optik dengan menggunakan camera obscura
beberapa dekade sebelum Ibn al-Haytham melakukannya. Shen juga memperbaiki rancangan alat astronomi seperti tabung pengamatan yang memampukan Shen Kuo untuk memperbaiki posisi bintang kutub (yang telah bergeser). Lebih lagi, Shen Kuo membuat jam hidrolik. Ia menemukan jam air baru yang lebih akurat dalam mengukur waktu.
Su Song dikenal karena risalah horologinya yang ditulis pada tahun 1092, yang mendeskripsikan secara detail menara jam astronomis setinggi 12 m berkekuatan hidrolik yang dibangun di Kaifeng. Menara jam tersebut menggunakan alat astronomis besar seperti bola armilari atau benda bulat yang digerakkan oleh mekanisme "escapement" yang bekerja berselang. Selain itu, menara jam Su Song memanfaatkan rantai, yang
juga dipakai untuk sepeda. Di menara jam Su juga terdapat roda gigi yang berputar dengan 133 manikin pendongkrak jam yang diatur untuk berputar sementara memukuli gong, bel, dan drum, dan menempatkan lempengan pengumuman. Di bukunya, Su menerbitkan atlas lima peta bintang. Peta bintang tersebut menampilkan proyeksi silindris yang mirip dengan proyeksi Mercator.
Ada banyak kemajuan dalam matematika Tiongkok pada masa Dinasti Song. Buku yang diterbitkan pada tahun 1261 oleh matematikawan Yang Hui (c. 1238-1298) menyajikan ilustrasi segitiga Pascal versi Tiongkok, meskipun konsep tersebut sudah dideskripsikan oleh Jia Xian pada tahun 1100. Yang Hui juga menulis aturan untuk membentuk susunan kombinasi dalam segi empat ajaib, mencantumkan
bukti teoretis untuk dalil parallelogram Euklides, dan menggunakan koefisien negatif 'x' dalam persamaan kuadrat. Semasa dengan Yang, Qin Jiushao (c. 1202-1261) adalah orang pertama yang memperkenalkan lambang nol dalam matematika Tiongkok; sebelumnya hanya ruang kosong yang digunakan. Ia juga dikenal akan karyanya tentang teorema sisa, rumus Heron, dan
penentuan titik balik matahari musim dingin. Karya besar Qin adalah "Shushu Jiuzhang" (Risalah Matematika dalam Enam Bab) yang diterbitkan pada tahun 1247.
Geometri merupakan ilmu yang penting dalam kartografi. Peta Tiongkok paling awal berasal dari abad ke-4, namun berkat Pei Xiu (224-271) konsep ketinggian topografis, grid persegi panjang, dan skala diterapkan dalam peta. Dengan mengikuti tradisi panjang, Shen Kuo membuat "raised-relief map", sementara petanya yang lain menyajikan skala 1:900000. Peta kuadrat dari tahun
1137 yang terukir di blok batu mengikuti skala grid seragam sebesar 100 li untuk setiap grid, dan dapat memetakan pantai dan sungai di Tiongkok hingga India secara akurat. Lebih lagi, peta terrain tertua di dunia berasal dari ensiklopedia Yang Jia pada tahun 1155, yang menampilkan Tiongkok Barat tanpa sistem grid (yang merupakan ciri peta Tiongkok yang dibuat secara profesional). Meskipun
pembuat direktori geografis sudah ada semenjak tahun 52 pada masa Dinasti Han dan telah disertai dengan peta ilustratif (Tionghoa: "tujing") semenjak masa Dinasti Sui, petunjuk perjalanan berilustrasi lebih banyak beredar pada masa Dinasti Song, yang bermanfaat untuk bidang politik, administratif, dan militer.
Percetakan huruf lepas dipelopori oleh seniman Bi Sheng (990-1051), yang pertama kali dideskripsikan oleh ilmuwan dan negarawan Shen Kuo dalam karyanya "Meng Xi Bi Tan" (Esai Kolam Mimpi) pada tahun 1088. Koleksi rupa huruf Bi Sheng diturunkan ke salah satu keponakan Shen Kuo, dan secara hati-hati dipelihara. Percetakan huruf lepas menyempurnakan penggunaan metode
percetakan balok kayu yang sudah menyebar. Kemajuan dalam bidang percetakan ini sangat membantu bidang pendidikan dan pejabat karena lebih banyak buku yang dapat diproduksi dengan lebih cepat, dan juga biaya percetakan besar-besaran lebih murah daripada menyalin satu per satu dengan tulisan tangan. Dengan semakin meluasnya percetakan pada periode Song, mobilitas sosial pun meningkat dan orang
terdidik dan ahli menjadi semakin banyak; jumlah ahli berkembang pesat dari abad ke-11 hingga 13.
Percetakan huruf lepas yang ditemukan oleh Bi Sheng pada akhirnya dikalahkan oleh percetakan balok kayu karena batasan sistem penulisan aksara Tionghoa, namun percetakan huruf lepas masih tetap digunakan dan terus diperbaiki pada periode berikutnya. Pejabat Dinasti Yuan Wang Zhen (fl. 1290-1333) menerapkan proses penyusunan huruf yang lebih cepat, mengganti perangkat karakter bergerak
tanah liat Bi dengan kayu, dan mencoba menggunakan penggerak timah-logam. Pelindung percetakan yang kaya dari Dinasti Ming Hua Sui (1439-1513) membuat penggerak logam Tiongkok pertama (menggunakan perunggu) pada tahun 1490. Pada tahun 1638, surat kabar Beijing mengganti proses percetakan mereka dari kayu menjadi penggerak. Namun, baru pada masa Dinasti Qing proyek percetakan besar-besaran mulai menggunakan
percetakan huruf lepas, seperti percetakan enam puluh enam salinan 5020 volume ensiklopedia "Gujin Tushu Jicheng" ("Koleksi Lengkap Ilustrasi dan Penulisan dari Masa Paling Awal hingga Sekarang") pada tahun 1725, yang memerlukan pembuatan 250000 karakter percetakan huruf lepas dalam bentuk perunggu. Pada abad ke-19, mesin cetak Eropa menggantikan metode percetakan huruf lepas Tiongkok, sementara percetakan balok kayu masih digunakan jarang-jarang untuk alasan estetis.
Pada masa Dinasti Song, teknik hidrolik dan teknologi nautika mengalami kemajuan yang signifikan. Pada abad ke-10, sistem "pound lock" ditemukan, sehingga permukaan air dapat dinaikkan atau diturunkan untuk bagian terusan tertentu. Hal ini membantu mengamankan lalu lintas terusan. Selain itu, tongkang besar juga dapat lewat. Inovasi kompartemen sekat ("bulkhead") kedap air membantu kapal agar
tidak tenggelam saat lambungnya rusak. Apabila kapal rusak, orang Tiongkok pada abad ke-11 telah menemukan cara untuk memanfaatkan galangan kering untuk memperbaiki kapal. Di galangan tersebut, palang dimanfaatkan untuk memperkuat kapal. Kemudi yang dipasang di buritan sudah ada semenjak masa Dinasti Han pada abad ke-1. Pada periode Song, orang Tiongkok telah menemukan cara untuk mengangkat
dan menurunkan kemudi secara mekanis agar kapal dapat mengarungi perairan dengan berbagai macam kedalaman. Rakyat Song juga menyusun jangkar dalam pola sirkuler daripada satu arah saja. David Graff dan Robin Higham menyatakan bahwa cara ini "lebih dapat diandalkan" dalam menjangkarkan kapal. Salah satu inovasi nautika paling penting pada masa Dinasti Song adalah diperkenalkannya kompas magnetik untuk