早期的火药兵器属于传统的火攻纵火兵器的范畴有比较轻便用弓弩发射的火箭，将原用的油脂等燃烧物质改换成火药筒，所装火药的轻重以弓力为准当箭射中目标后可引起燃烧。较重的则用袍来抛发，采用内装火药的圆形炮弹。此外还有木身铁嘴草尾的“铁嘴火鹞”和纸皮竹编内填火药的“竹火鹞”。主要用炮抛射的火药兵器，有内装看毒药的“毒药烟毡”。
还有弹内装满能刺伤人马的铁蒺藜的“蒺藜火毽”每个球中装着3枚6首铁刃和8枚有倒须钩的铁蒺藜，弹球爆炸后，把铁蒺藜散放出去。还有用竹子做芯，外面裹薄瓷片和火药制成的“霹雳火毽”，可爆出雷鸣般的巨响。由于上述几种火药兵器的性能不同，它们所使用的火药配方也不一样，所以在《武经总要》中记有不同的火药配方。
在《武经总要》中记录了3种火药的配方，现分述于下。
第一种，火炮火药法，其配方如下，晋州硫黄十四两，窝黄七两，焰硝二斤半，麻茹一两，干漆一两，砒黄一两，定粉一两，竹茹一两，黄丹一两，黄蜡半两，清油一分，桐油半两，松脂十四两，浓油一分。
在配方以后书中附有以下记录，“右以晋州硫黄、窝黄、焰硝同捣罗，砒黄、定粉、黄丹同研，干漆捣为末，竹茹、麻茹即微炒为碎末，黄蜡、松脂、清油、桐油同熬成膏，人前药末，旋旋和匀，以纸伍重裹衣，以麻缚定，更别熔松脂傅之，以炮放。”把上述药末混人膏中，然后外裹五层纸，用麻扎缚，然后用溶化的松脂涂抹表皮即成。整个火球重12斤。
第二种，毒药烟毡火药法，其配方如下，“毽重五厅，用硫黄一十五两、草乌头五两、焰硝一斤十四两，芭豆五两，狼毒五两，桐油二两半，小油二两半，术炭末五两，沥青二两半，砒霜二两，黄蜡一两，竹茹一两一分，麻茹一两一分，捣合为毽。贯之以麻绳一条，长一丈二尺，重半斤，为弦子。更以故纸十二两半，麻皮十两，沥青二两半，黄蜡二两半，黄丹一两一分，炭末半斤，捣合涂傅于外。若其气熏人，则口鼻血出。二物(按，指毒药烟毯与烟毯)并以炮放之，害攻城者。”
第三种，蒺藜火毯火药法，其配方如下，”用硫黄一斤四两，焰硝二斤半，楚炭末五两，沥青二两半，干漆二两半捣为末，竹茹一两一分，麻茹一两一分剪碎，用桐油、小油各；两半，蜡二两半，熔汁和之，外傅用纸十二两半，麻一十两，黄丹一。
两一分，炭未半斤，以沥清二两半，黄蜡二两半从火炮毒药烟毡、蒺藜火毽3种火芍的配方中司以得知，火药的主要成分是硝、硫磺和炭。这三个配方是世界上最早冠以火红名称，并真接应用于实距兵器的火红。因之被英国着名的历史学家李约瑟称为“是所有文明国家中最古老的配方。”但是这些配方中，硝的含量低，并合壁有大量其他成分，通常只能速燃，用以纵火，发烟成散毒，还是一种低级火红，是近代火红的雏形。
北宋时期，由于战争的频繁，火红的生产和火器的制造已有相当的规模。专职火红管理的机构和坟门生产火红的作坊，都是由设在首都开封的“广备攻城作下面设21个作朝迁对火药的生产采取了严格的保密措施，有关的“制茺作用之法”只准工匠育习，但绝对不准外传。而且工匠隶属于这些作坊后，便得终身眼役于其中，如有逃亡缉捕严，其原因之一是恐怕军事生产的机密外泄。
到南宋时，火药性能不断提高，火药制造技术不断改进，火器生产规模日渐扩大。在宋理宗时荆州(江陵)地区已成为一个火药兵器的制造中心，一个月中可制造铁火炮一二千只。《景定建康志》中记载，建康府的火药兵器生产数量在2年零3个月的时间内，创造、添修火攻器具达63754件。其中创造10斤重的铁砘壳4只、7斤重的铁炮壳八只、6斤重的铁炮壳100只、5斤重的铁跑壳13104只、3斤重的铁炮壳22044只、火弓1000舌端月旦只、火弩1000舌端月旦只、突火筒333个、火蒺藜333个、火药弄挎枪头333个、霹雳火炮壳100只，添修有火弓箭9808只，火弩箭12980只、突火筒502个、火药弄挎枪头1396个、火药蒺藜404个、小铁炮208只、铁火桶74只、铁火锥23条。除火弓箭、火弩箭和火锥等外，其余的都明确是火药兵器，从中可以看出南宋时期建康府对火药兵器生产制造是相当重视的。除了牛产规模扩大以外，这时火药兵器的性能也有了很大的提高和创新。在实际战争中，起作用的两项改进，第一项是增强铁火炮的爆炸威力；第二项是改进喷火兵。
第一项是增强主要用于攻坚战和守城战中使用的“霹雳炮”，即“铁火炮”的爆炸威力。在文献中有不少关于铁火炮的描述。杨万里的《诚斋集·海鳅赋》
记南宋绍兴三十一年(1161年)时，金军渡江攻宋曾使用“霹雳炮”，是利用火药喷火的反推力将其送上空中。《金史·赤盏合喜传》记金正大九年(1232年)，赤盏合喜守汁京(今河南开封市)时，守城的宋军使用过各种火箭和火炮进行防御，并抛发过“震天雷”，大约是一种能发出巨响而爆炸力较强的火药兵器。在金兵攻克汴梁以后，得到北宋有关火药兵器的生产技术和工匠，从而掌握了制造火药兵器技术的秘密，也开始制造火药兵器并且有了进一步的改进革新。
特别是将火炮改用铁壳，使其威力成倍增加。在1221年，金兵攻打蕲州时，从城外向城内用炮抛射了大量的“铁火炮”，它是用生铁铸成瓠形外壳的爆炸性火药兵器，小口粗身，安有引线，抛射前先点燃引线，司依目的地的远近不同，选用长短不同的引线，以保证适时引爆。南宋制造的铁壳火炮。已具有较强的爆炸力。以下例子可说明当时火炮的威力。南宋景炎二年(1277年)，元军围攻静江城(今广西壮族自治区桂林市)，经过3个月的顽强抗敌，静江城终于陷落，南宋守军只剩下娄钤辖带领的250人还死守月城。元军又将困守月城的南宋军重重围困十多天，南宋军粮食已断，再难支持了。这时娄钤辖就从城壁上向元军喊话，说：“我们太饿了没法出去投降，你们如果能先给些吃的东西，我们就可听命投降。”元军为了争取他们投降，就送去了几头牛和一些米，娄的部下开了城门，取去牛和米后，又把城门关闭。元军爬到高壁上向月城内缭望，看见里面的守军果然忙于做饭，有煮米的，有宰牛的，大家忙个不停，饭还投有熟，饥饿的士兵就把生牛肉抢着吃光了。突然，守军敲鼓吹角，整理队列。城外元军看到这种情况，以为守军要冲出去进行最后的决战，于是急忙准备迎敌。不料娄铃辖的部下整队以后，突然推出一个大火炮，放在队伍中间点燃起爆，顿时发出雷鸣般的一声巨响，烟气满天，城壁都崩毁了，甚至壁外的元军也有被震死的。待到烟气散去，元军进入月城，只见200多名南宋将士集体自爆殉国，没有一个投降敌人。通过上述事迹，可知一个火炮可炸死200余人，足见当时火炮威力已相当大了。
第二项是改进喷火兵器，主要是在通用的冷兵器长枪的枪头后部，增设一个火药筒，常常是绑缚一个筒，内装火药，作战时点燃筒里的火药，喷出火焰以烧伤对面迎来格斗的敌军，筒中的火药燃放完毕，再用火枪同一般长枪一样格斗扎刺。这类火枪因安装了火药喷火筒，所以当时其计数单位不以“支”计，而以“筒”计算。因而在1257年李曾伯在静江调查兵备情况后，回来报告那里的兵器时曾有火枪105筒。这种火枪不仅宋军使用，在金军中也有装备，称为“飞火枪”。在《金史·蒲察官奴传》中对飞火枪有较详细的描述。飞火枪的制法是在长枪的前端用绳子系上一个纸筒，长2尺左右，用16层勒黄纸做成，筒里放置柳炭、铁滓、瓷末、硫黄、砒霜等药料。施放的战士要携带一个藏火种的小铁罐。和敌人对阵时，取火种点燃筒里的火药，喷出的火焰可达一丈多远，药烧光后纸筒里可保存完整并不损坏，能再装药使用。这类附加喷火筒的长枪，到南宋时仍在使用。1268年张顺等从汉水乘船去援助襄阳守军时，船上所架火枪就是这种附加喷火筒的长枪。《元史·史弼传》所记公元1276年南宋守将姜才的骑士所用的火枪，也是这种可以扎刺的附加喷火筒的长枪。
还有一类火枪与在枪上绑火药筒不同，它是用巨竹制成，每支由两个人扛抬发射，火药装在竹筒里，点燃后喷射火焰烧一向敌军。这种“长竹竿火枪”最早的例子是陈规在绍兴三年(1132年)守卫德安时用的。陈规发明的火枪靠燃烧的火药喷火作战，它的形制造在传统的冷兵器长枪上附加火药筒的“飞火枪”，有着根本的不同，它已经接近于原始的管形火药火器。