指南針 (compass)

中國的四大發明之一指南針(compass)是用來辨别方向的工具，發明時間最早可以追朔到戰國時代（西元前475年-西元前221年），當時人們已知道利用天然的磁石雕琢成一個勺子的形状，並放在刻有方位的盤上，因為勺柄有指南的作用，所以在那時候又稱為司南，也是指南針的前身，經過一千多年後，直到宋朝（西元960-1279年）才有我们現在所謂的指南針。在指南針發明前，古人辨别方向是以星象為主，但要是遇到天氣不好的時候，大家也就没輒了，指南針被發明後，人們除了把它廣泛的運用在航海上，對於國與國之間貿易和文化往來也產生很大的影響。

火藥 (gunpowder)

火藥(gunpowder)被列為中國的四大發明之一是如何起源的呢？首先我們將火藥這一詞按字義來分析，有火中之藥的暗喻，應跟藥物有關。從歷史的角度來看，在戰國時代（ 西元前475年-西元前221年），神仙之學盛行，當時崇尚道家之士為了尋找一種長生不老的藥, 便從自然界中收集一些礦物和植物來研製煉丹。火藥中主要的材料為硝石、硫磺和木炭，由神農本草經中提到硝石和硫磺皆為藥品，據此推測火藥發現之初，應與用藥有關。

再加上從礦物中粹取所需之物質還得依賴純熟的冶金技術，所以不管是煉丹或是在冶金過程中，混合物會產生化學變化。因此由日積月累下來的經驗，古人雖然沒有研究出長生不老的藥或得到金銀財寶，不過倒是發現了製作火藥的配方。

在中國的歷史上，火藥被發現之初並不是拿來當做作戰的武器，大約在三國時代（西元220-280年） 人們把火藥的配方製成慶典用的鞭炮，今天世界各地都在使用鞭炮或煙火來慶祝重要的日子，而中國人已經使用了將近兩千年的歷史。火藥真正被用在軍事用途上要從唐朝末年（西元904年）算起，當時叫做“飛火”，也就是類似火箭和火炮，到了宋、元時期（公元960年～公元1368年）火藥已廣泛的被用在軍事上。

紙 (paper)

“紙”為中國的四大發明之一，在文字發明以前，中國人就開始用結繩的方法記事。文字發明以後，記事的方式隨著時代的演進而發展出不同技術和風格。如约在西元前16世纪～前10世纪的商代和西周早期發現的「甲骨文」便是把文字雕刻在龜甲和牛骨上，比甲骨文稍晚出現的「鐘鼎文」因商周時代的鑄銅技術發展成熟，自然而然的把文字鑄刻於青銅器上，西元前4世紀-西元前2世紀春秋末期的竹簡和戰國時代的縑帛也成為當時記載書契的工具，可惜的一點是竹簡體積大又重，攜帶起來很不方便，縑帛雖然輕便多了可是昂貴的價格並不是一般人能負擔的起，到了西漢初期（西元前2世紀）出現了最早的植物纤维纸叫做灞橋紙，其紙質相當粗造，不適用於書寫。

直到東漢時期（西元25-220年）的蔡倫可以說是造紙之父和資源回收的先鋒，他改進了造紙的技術（西元105年），讓紙張用於書寫的功用更為普及，當時他以樹皮、麻頭、破布頭、和廢鱼網做為材料，其製紙過程得先將樹皮、麻頭、破布頭、和廢鱼網切碎後，加水浸溼，再把石灰和上述的混合物搗爛蒸煮便成為紙漿，然後還要經過抄紙的手續，將細竹簾輕輕的篩過紙漿後會出現一層薄薄的纎維，再透過壓紙脫水的過程，烘乾後就是一張柔軟的紙。

活字印刷術（moveable type printing press）

紙的發明便利了文字的記載，印刷術的發明加速了知識文化的傳播。中國印刷術的演變從早期費力又耗時的摹印、拓印、雕板印刷和直到北宋時期才由一位平民布衣畢昇(Bi Sheng)(約西元990-1051年）在西元1041-1048年之間發明了簡單又方便的活字印刷術（moveable type printing press）所取代，此技術的發明改進了以往印刷術的缺點，他的發明讓原本無法任意刪改文字的雕板印刷變成可隨需要而調整文字位置的活字印刷術，增加印刷技術的靈活度。

宋代科學家沈括曾在《夢溪筆談》(Dream Pool Essays)中提到活字印刷術的製作方法和過程：<其法，用膠泥刻字，薄如錢脣，每字為一印，火燒令堅.........> 先把膠泥的尺寸規格統一並把字體刻在上面，字體厚度薄如硬幣，用火把膠泥燒硬成活字，每一字可重複多做幾個活字以備排版之需。排版用的鐵板一般會備置兩個交換使用，要排版時先在鐵板上覆蓋一層松脂、臘和紙灰之混合藥劑，再將鐵框置於鐵板上，把需要用到的活字放入鐵框內排版，排滿一板時便入火中燒烤，待藥劑稍熔化後，用一平板平壓在活字版面上，等藥劑冷卻後，版型固定工整，若要大量印刷時，速度極快，只要在活字版面上刷上墨汁再覆上一層紙輕壓即成，若印製完成不須再使用時，只要把鐵板入火中稍烤待藥劑軟化後便可取出膠泥活字。

畢昇的活字印刷術列為中國的四大發明之一，而西方的活字印刷術在400年後大約西元1453-1456年才被德國的約翰古騰堡發明。