为增强道路的抗水性和稳定性，保证通行免受天时影响，筑路工匠们不仅将传统的夯土技术应用于道路建设，对刚性路面的追求还使得有条件的地方出现了沙质路面和石质路面。西安阎家村古建筑遗址发现沙质路面，在估计早至秦代的斜坡道上则用河砾和褐红色灰泥掺和墁成地面，“至今仍很光滑整齐”刘致平：《西安西北郊古代建筑遗址勘查初记》，载《文物参考资料》，1957（3）。。用石片、卵石、砾石铺筑的道路遗迹有多处发现，如秦始皇陵园参见徐苹芳：《中国秦汉魏晋南北朝时代的陵园和茔域》，载《考古》，1981（6）。、汉华仓遗址参见陕西省考古研究所华仓考古队：《汉华仓遗址勘查记》，载《考古与文物》，1981（3）。、西安西郊汉代建筑遗址参见祁英涛：《西安的几处汉代建筑遗址》，载《文物参考资料》，1957（5）。、西安任家坡汉代陵园参见王学理、吴镇烽：《西安任家坡汉陵从葬坑的发掘》，载《考古》，1976（2）。、汉景帝阳陵参见王丕忠、张子波、孙德润：《汉景帝阳陵调查简报》，载《考古与文物》，1980年创刊号。、南阳汉代铁工厂遗址参见河南省文化局文物工作队：《南阳汉代铁工厂发掘简报》，载《文物》，1960（1）。、辽阳三道壕西汉村落遗址参见东北博物馆：《辽阳三道壕西汉村落遗址》，载《考古学报》，1957（1）。、福建崇安城村汉城遗址参见福建省文物管理委员会：《福建崇安城村汉城遗址试掘》，载《考古》，1960（10）。等。山东曲阜发现的西汉路面包含较多的铁渣、硫渣和红烧土等，据推断可能与附近的西汉冶铁遗址有关参见山东省文物考古研究所等：《曲阜鲁国故城》，济南，齐鲁书社，1982年9月。，当是为克服渗水性特意利用冶铸废料来改变路面材料的构成。又《水经注·瓠子水》记成阳尧陵庙，说到“驰道迳通，皆以砖砌之”。大致在东汉时陶质建材逐渐普及，有的道路已出现了以砖铺砌的地段。汉云陵邑遗址确实曾发现卵石路面两侧夹砌条砖的情形。参见淳化县文化馆姚生民：《汉云陵、云陵邑勘查记》，载《考古与文物》，1982（4）。
《韩非子·有度》：“先王立司南以端朝夕。”是磁针定向技术至迟在战国时已被应用。秦汉城市规划较先秦有显著的演变，方正规整者居多，城内道路也大多端正平直，磁针指向仪器可能已应用于市政工程。长途运输线路的规划也要求不失方向，以求近捷，在往往由政府官员主持勘测设计的情况下，可能也已使用这类先进的测量工具。有学者根据远距离人文地理景观之间有一定规律性关系的情形，推定当时有“超长建筑基线”存在，其显示空间可涉及数百公里。参见秦建明、张在明、杨政：《陕西发现以汉长安城为中心的西汉南北向超长建筑基线》，载《文物》，1995（3）。这样的观念和技术，也会影响到交通道路的规划。
汉武帝时开漕渠，“令齐人水工徐伯表”（《史记·河渠书》），颜师古以为“表”即“巡行穿渠之处而表记之，今之竖标是”（《汉书·沟洫志》注）。当时水利工程中的测量，“案图书，观地形，令水工准高下”（《汉书·沟洫志》），如果测量出现误差，则可能“渠成而水不流”（《后汉书·王梁传》）。西汉时曾开通称为“井渠”的龙首渠，“往往为井，井下相通行水”（《史记·河渠书》），说明当时熟练的勘测人员竟能于地下求得水平。道路的规划也需力求平缓以减省运输工耗，在秦汉车辆尚不具备制动装置的情况下，道路的坡度还直接关系到运输安全。汉武帝时曾以故道多阪回远而通褒斜道，在规划时曾考虑船漕车转的水陆联运方式，看来，先进的水利勘测技术必然也应用于道路的勘测选线。
《管子·地图》强调，“凡兵主者，必先审知地图”，尤其应明确“辕之险，滥车之水”，“通谷经川”之所在以及“道里之远近”。《周礼·夏官司马·量人》：“营军之垒舍，量其市朝州涂军社之所里，邦国之地与天下之涂数皆书而藏之。”天水放马滩1号秦墓出土7幅绘在松木板上的地图，其中4幅绘有关隘，M1：7B、8B、11B面“特别用醒目的图例标出关隘的位置，注名为‘闭’”。M1：12A面绘有“道路以及重要关卡”。M1：21A面也绘有“关隘”。M1：9“标出大小关口5处”，“还有6处注明间距之里程”，如“苦谷最到口廿五里”、“杨谷材八里”、“松材十五里”、“大松材八里”、“卅里相谷”等。何双全：《天水放马滩秦墓出土地图初探》，载《文物》，1989（2）；曹婉如：《有关天水放马滩秦墓出土地图的几个问题》，载《文物》，1989（12）；甘肃省文物考古研究所：《天水放马滩秦简》，120页，北京，中华书局，2009年8月。这些地图绘制的年代大致可确定为秦王政八年（前239）。天水放马滩5号汉墓年代为西汉文景时期，随葬器物中有纸质地图1幅，纸面用细黑线条绘出山川和道路。参见甘肃省文物考古研究所、天水市北道区文化馆：《甘肃天水放马滩战国秦汉墓群的发掘》，载《文物》，1989（2）。
长沙马王堆3号汉墓出土的古地图也明确标识出交通道路。地形图中陆路交通线用粗细较均匀的实线表示，除桂阳外，其余7个县治之间均可以清晰看到相连结的道路。在已经超出墓主驻防范围的邻近地区已不标识乡里，却仍绘出道路，可以判读出来的道路共有20多条。在驻军图中，用红色虚线标出道路，有的还特别注明道路里程。参见《马王堆汉墓帛书古地图》；谭其骧：《二千一百多年前的一幅地图》，载《文物》，1975（2）；詹立波：《马王堆汉墓出土的守备图探讨》，载《文物》，1976（1）；张修桂：《马王堆汉墓出土地形图拼接复原中的若干问题》，载《自然科学史研究》，3卷3期。
李陵击匈奴，“出居延北行三十日，至浚稽山止营，举图所过山川地形，使麾下骑陈步乐还以闻”（《汉书·李广传》）。道路经由走向，是当时地理知识最基本的内容之一。《史记·李将军列传》说，李广从大将军卫青击匈奴，“出东道，东道少回远”，而“军亡导，或失道，后大将军”。李广以出军“迷失道”，且以“年六十矣，终不能复对刀笔之吏”，于是“引刀自刭”。是为交通道路条件对于战争胜负至为重要的著名史例。大约远征至于新地，制图还报当地山川交通形势，是主将的责任。马援为刘秀筹谋军事，曾“聚米为山谷，指画形势，开示众军所道径往来，分析曲折，昭然可晓”（《后汉书·马援传》）。其形式，实际上已经相当于近代军事上常用以研究地形、敌情和作战方案的沙盘。
对山川道路要达到如此清晰、精确的认识，除一些地段通过直接测量外，必然还要进行大量的间接测量，即使用汉代数学名著《九章算术》中记载的立表法、连索法、参直法，以及三国时魏人刘徽著入《海岛算经》一书中的重表、累矩、三望和四望等测量方法。而欧洲16世纪出版物中关于通过二望测量的记载，较刘徽书已迟一千多年。参见沈康身：《〈九章算术〉与刘徽的测量术》，见《〈九章算术〉与刘徽》，北京，北京师范大学出版社，1982年9月。秦汉道路所以四通八达，布局亦较为合理，许多线路选线之精确，至今仍为现代道路所依循，筑路人员尤其善于征服山险，以致能够成就如直道这种长“千八百里”，“堑山堙谷”而“直通之”的大道，应用当时领先于世界的测量技术，显然是重要条件之一。