由于国家的统一和长期和平的社会环境，战国时期已成熟了的铁技术在汉时取得了新的进展。在西汉前期，铁的开采、冶炼和铁工具的铸锻制造主要是由战国末期以来各地出现的那些有经验并在秦代动乱后仍保有相当钱财的大铁商家族经营。除了铁业之外，关系国计民生的食盐的采制、运输和买卖也基本上被他们垄断了。武帝以前朝廷把主要精力放在恢复农业生产方面，这是使大多数人求得温饱的头等大事。经营盐铁业和其他手工业，又同时从事商业活动的商人们却在这一时期积累起巨大的财富，许多人在地方上已成为足以影响和支配社会生活的富豪。显然，汉初铁技术的发展是和这些富豪的经济活动联系在一起的。这种发展势头如果不受扼制，必然是庞大的私人手工业和工商业巨头的出现。
掌握政治统治权的皇帝和中央官僚集团自然不会容忍少数贵族和商人在朝廷费力地组织民众兴修水利、发展农业生产的时候大发其财，况且皇帝和朝廷要为这种私人事业发展所造成的社会问题负责。另外，皇帝还希望用天下的所有人力、财力和物力实现自己政治上的雄心，并且为整个国家创造永久太平的条件。于是，武帝委任御史大夫桑弘羊把“采铁石鼓铸，煮海为盐”的山海之利收为朝廷经营，把一批商人在罚款之后任命为盐铁官。在禁止各地私铸铜钱和建立了一个有效的由朝廷支配的商业流通体制后，实际上实现了朝廷对重要手工业和商业的垄断。除了盐铁业之外，在铜业、丝织业、制陶、漆器制造、车船制造、武器制造、酿造等行业中，朝廷都插手与民分利。官营作坊建立起来了。这里的劳动者有吏、卒、刑徒、官奴婢和少数有技术的佣工。它的规模大大盛于由少数僮仆和佣工劳动的私营作坊。私人手工业和商业的发展势头受到了遏止。由朝廷来委派官员管理手工业和商业，实际上是把这些事业和国家政治联为一体。在这种情况下，政治清明，手工业技术和商业就会更顺利地发展；政治腐败，它们的发展势头就会萎缩。一般来说，官营工场中的产品在没有竞争对手时粗制滥造的情况要多于私营工场。私营工场在官府管理不善时又会投机取巧。
西汉前期由朝廷经营的冶铁业效率还算很高。由于集中了人力、物力和财力，铁的产量提高得很快，在农具和武器制造中铁基本上取代了铜，铁技术还向南方和西北的新边疆地区迅速扩展，提高了这些地区的技术水平。到西汉中期，除了淬火工艺在加工铁件时已普遍应用外，已经有了把煤用于炼铁的少数工场。尤其重要的是，冶铁技术还出现了一次重大的革新：炒钢技术出现了。这是把生铁半熔后通过搅拌脱碳而变成熟铁或钢。这种控制铁中含碳量的工艺使大量不同硬度的钢铁适应不同性能的手工加工工具、武器和农具制造的需要，促进了整个手工制造业的进步。西汉时期的水法炼铜，是一个重大工艺发明，据《淮南万毕术》记，“曾青得铁则化为铜”。这是把铁置入叫做胆水的硫酸铜溶液中置换出铜的工艺，可以在常温下进行，它的产量并不高。另外，西汉时冶金术的发展使制造伪黄金成为可能，且有不少人曾参与此活动，故而《汉书·景帝纪》中记录当时（前144）“定铸钱、伪黄金弃市律”。这也说明当时炼金者已众。
西汉时期在农业方面取得了重大的进步。这首先是由于统一的中央政权能够集中民力整治浩大的黄河水利工程，并且维修旧的堤渠，开凿新的引水灌渠。西汉前期，都城所在的关中地区的水利网已建立起来。其中包括秦国修的郑国渠，新凿的白渠、龙首渠、辅渠、灵轵渠、成国渠等。另外，整个黄河流域的大型灌溉工程基本上已初具规模。武帝时引黄河入故道后80年中没有发生过大的水患。由于汉朝向西发展，甘肃河西的水利和农业得到了大发展。其次，国家的重农政策促进了农耕技术的发展，甚至通过朝廷下令推广而实现。武帝末年命搜粟都尉赵过在全国推广了新式畜力农具——耦犁和耧车。耦犁是二牛三人的耕地工具；耧车是畜力播种的工具，有铁脚，用它播种不再需要先用木辕犁沟了。这样一来，耕种的效率提高了。当时朝廷组织了全国各郡的县令、三老、力田和老农到京师学习，然后回去推广，同时还推广了新的耕种养苗法，带状田耕种法。在此之后，各地农夫和工匠对铲、镢、锄、耙、镰、铧等作了改进，西汉后期出现二牛一犁的耕地方法——这是整个中国北方在应用现代化拖拉机铁犁耕地前的基本耕作方式。农民称这种耕作方式为“二牛抬杠”，它是旧生产方式的代称。西汉晚期的民间技工还发明了带动石磨脱粒的风车，一些地方利用杠杆把杵臼改进成了水碓，这是最初在机械中有效地利用风和水作动力，它使谷物加工的效率提高了100倍。在纺织机械方面，手摇纺车、织布机和提花机的性能有了改进，它们使汉代中国的纺织品通过西北的丝绸之路进入中亚，辗转到了罗马帝国。由于蚕桑业已在全国普遍推广，所以中国丝绸出口的数量是相当可观的。长沙马王堆西汉墓出土的纺织品有绢、纱、罗、绮、锦、麻布、刺绣品、印染品共200多件。从中亚回来的商队除了带来各种消费性货物之外，西域的葡萄、苜蓿和胡麻传入中国，成为中国永久性栽培的重要作物。葡萄可以食用和酿酒，苜蓿是易于栽培和丰美的牲畜饲料，胡麻则是良好的油料作物。在园艺方面最明显的技术进步是嫁接法，它能让老枝养育新枝，让一种果树结出另一种果树上的果实来。《汉书》所载的七家农书总结了西汉时期技术的进步和当时的农业生产经验，但其中内容后来大都渐次失传。其中汉成帝（前52～前7）时的议郎氾胜之所著《氾胜之书》所反映的内容极其丰富，如认为五谷播种各有忌日，也提到了麦谷种穗选法，其部分内容在后人著作的引文中保存下来了。
西汉初期的和平使畜牧业得到了发展，牛马的数量大大增加了。景帝时在祁连山下建立了养马场，马匹达30万，牛主要用来耕田、拉车和食用，马除了耕种拉车，还用于装备骑兵。武帝为了用骑兵同匈奴人作战，从大宛引进了几千匹汗血良马。西汉时中国的西部和北部养马业一直十分兴盛。汉朝人发明了给马钉铁掌的技术，使马增加了力量并可行走远距离，这一技术后来传到了欧洲。
技术的改革和进步，水利工程的建设，使农业发展，人口增加，再加上大批的良马和锐利的铁武器，有了充足的军需和强大的军队。西汉武帝时开始开边。这时修的长城已到了武威（凉州）西段，汉在通西域的河西走廊建立了河西四郡。西汉的将军李广（？～前119）、卫青（？～前106）、霍去病（前140～前117）所统率的军队越出边墙长城之外，驱驰千里，屡破匈奴，几次从北方掠来了共几百万头的牲畜。改进了的弩在汉朝曾增强了汉军的战斗力。中国的势力不但扩张到了西域和漠北，而且巩固了对朝鲜半岛北部和南方百越的控制。对于北方强邻匈奴，西汉和东汉王朝除了兵伐之外，还时常以和亲政策笼络感情。
技术的进步尽管是西汉王朝力量的一支杠杆，但随着皇族、外戚、官僚、豪门和地主通过十几代人把土地和财富集中到自己门下之后，进步了的技术反而使更多的失地农民变成了流民和奴婢，失去了温饱和人身的尊严，这时他们除了拿起刀剑别无他途，社会动乱便开始了。耐人寻味的是，处于西汉末期社会危机关头的新帝王莽是一个十分重视科学技术的人物。据《汉书》记载，他做丞相时于公元4年曾建议扩建大学，为学者在长安筑舍万区，增加博士名额，恢复了《乐经》，并征天下通晓古书、天文、图谶、钟律、月令、兵法、《史篇》文字之人，使乘公车至京师，网罗天下异能之士，至者以千数，又征能治河者，至者以百数。这是历史上第一次对各类科学技术人才的大网罗。王莽称帝之后，公元16年官兵抓到了反叛的东郡太守翟义的同党王孙庆，王莽使太医、尚方（主造刀剑之官）、巧屠一起剖割，量度五脏，用竹筵导其脉以知其终始。这是一起残酷的人体解剖，也是中国解剖史上第一次明确的记载。公元19年，为了抗击匈奴，王莽又征募有奇技可攻敌之人，应募者甚众。有人言能飞行，可窥匈奴，用大鸟翮为翼，飞数百步而坠。这是世界上人类有关飞行试验之最早记录。同时，在西汉，中国的民间异能之士发明了风筝，这是靠引线和风的张力使比空气重的物体升空的技术。不过，当时技术赖以发展的社会已接近破坏性崩溃，单靠技术并不足以拯救社会，相反，同人的命运一样，技术的命运也要交给历史去重新处理。
东汉时期人口、生产和技术的发展是从战乱后的低谷重新开始的。不过，同秦末之后的西汉初期相比，东汉初期在经济、政治和技术方面有更多的劫后遗产，可以用较小的力气来恢复社会元气，并求得新的发展。西汉末期的社会动乱基本上瓦解了效率日益低下的官营手工工场，东汉政权稳定后，一些豪族地主经营的手工制造业和商业有所发展。在人口锐减之后，大量的铁农具、二牛犁和轻便的一牛犁帮助人们恢复了农业生产，铁的总产量比西汉时大为增加。当时的南阳是重要的产铁地，南阳太守杜诗（？—38）在这里制造了水排，这是一种水力驱动的鼓风机，大大地提高了炼铁的效率。在西汉时冶铁和铁器制造业还不发达的南方出现了大型的冶制中心，在和帝时开盐铁之禁后，大地主和大商人又重新投入了冶铁制器的活动，其中一部分自造的兵器成了私人武装的武器。用蜡模铸造的工艺也开始了。同样，铜业、漆器、丝织业和其他手工业都比西汉有了提高，其中北方出现了品种繁多的丝绸，成都的织锦业已经十分繁荣。目前已发现的中国最早的瓷器（青瓷）是河南信阳擂鼓台出土的东汉瓷器（公元99年所造），从东汉始，瓷器和古老的丝绸一起成了中国举世闻名的特产。
东汉在水利工程方面甚至超过了西汉的成就。公元69年以治水见长的王景、王吴二人率卒几十万把黄河和汴河分开，使黄泛区的大片土地重新得到耕种。东汉时的汝南太守邓晨（？～49）、南阳太守杜诗、渔阳太守张堪等都曾是当地水利工程的指挥者。南方的发展尤其显著。会稽地方的镜湖筑塘完成后，周围9000多顷的土地得到灌溉。巴蜀的水利系统更加发达。南方水多，北方水少，东汉末年，据说北方已有人发明了畜力提水机具——翻车和人力提水工具——渴乌。据《东观汉记》和《汉书·食货志》的记载，水利和生产技术的进步使东汉时粮食的亩产量比西汉高出了一倍。
东汉前期，国家有经过战争锻炼的将才和军队，安定后迅速发展的社会又提供了物质支持。西汉王朝衰微时的元帝（公元前48～前33年在位）对北方匈奴族的政策已由征伐转变为和亲。但东汉王朝前期在稍为缓过气力之后，它的将军班超（32～102）、耿恭（与班超为同时代人，曾发明毒箭与匈奴作战）便重新开始了在西域的军事活动。同时，窦固（？～88）、窦宪（？～92）、耿秉（？～91）等重新开始了对北方草原的军事远征。骑兵仍然是突击力量。东汉不但在西北有大型的国家养马场，而且在西南地区也建立了国家养马场。对北方的军事行动随着朝廷力量的衰落而逐渐告终。这些远征的结果却微妙地影响了世界历史的进程：匈奴人在同这个南方强邻相处了几十代之后，到东汉后期时已感到经不起同中原的农耕文明相对抗，他们的主要部分于1世纪末逐步开始向中亚和东欧西迁，先攻掠波斯，接着逼西哥特人西进，使他们闯入已成强弩之末的罗马帝国，引起了罗马的迅速崩溃，使欧洲进入了中世纪。
然而，对于东汉王朝来说，消除了外患却不能摆脱内忧。除刘秀之外，这个王朝没有出现一个能有效地加强中央集权的皇帝，也没有出现一个十分残酷的暴君。一些大的豪门贵族、外戚与皇帝和宦官在争夺中主宰着朝廷政治生活，而整个社会经济生活的实际管理权也逐步落到了大大小小的豪强地主、官僚、与官僚地主有联系的巨贾手中。东汉王朝最后已无力解决它所面临的重大社会危机，那些大大小小的豪门权贵和地方势力在社会经济、政治生活的进程中在自己周围聚积了大量的土地、人民和财富，并且通过逃免赋税使朝廷变得衰弱无力。这样，当社会矛盾总爆发时，他们也和朝廷一样，成为社会风暴袭击的目标。稳定时期社会所创造出的那些物质技术成果，也避免不了在整个社会的经济、政治体制瓦解和重组的过程中七零八落的结果。