miniatura|direita|alt=Um pedaço retangular de papel vermelho-púrpura, com cerca do dobro do comprimento em relação à largura, dividido em três seções. A seção superior mostra dez círculos dispostos em duas fileiras de cinco. A seção do meio contém várias linhas de texto, organizadas verticalmente, e a seção inferior retrata vários homens em frente a um portão.|Jiaozi, a primeira moeda impressa em papel do mundo, uma inovação da Song.

A Dinastia Song (; 960–1279 d.C.) foi marcada por significativos avanços científicos e tecnológicos na história chinesa. Algumas dessas inovações foram criações de estadistas e erudito-oficiais talentosos, selecionados pelo governo por meio de exames imperiais. Shen Kuo (1031–1095), autor dos Ensaios do Estanque dos Sonhos, é um exemplo notável, sendo um e figura pioneira que introduziu avanços em astronomia chinesa e matemática, estabelecendo o conceito de norte verdadeiro nos primeiros experimentos conhecidos com a bússola magnética. No entanto, artesãos comuns, como Bi Sheng (972–1051), inventor da (em uma forma que precedeu a imprensa de Johannes Gutenberg), também desempenharam papéis cruciais nas inovações tecnológicas.

A engenhosidade da engenharia mecânica avançada tinha uma longa tradição na China. O engenheiro Song Su Song, que construiu uma torre de relógio astronômico movida a hidráulica, reconheceu que ele e seus contemporâneos se baseavam nas conquistas de antecessores como Zhang Heng (78–139), um astrônomo, inventor e mestre em engrenagens mecânicas, cujo esfera armilar era girada automaticamente por uma roda d'água e um temporizador de clepsidra. A aplicação da impressão com tipos móveis avançou o já difundido uso da impressão xilográfica para educar e entreter estudantes confucionistas e o público em geral. A aplicação de novas armas com o uso de pólvora permitiu que os Song repelissem seus inimigos militares — as dinastias Liao, Xia Ocidental e Jin — com armas como canhões, até sua queda para as forças mongóis de Kublai Khan no final do século XIII.

Avanços notáveis em engenharia civil, e siderurgia foram realizados na China Song, assim como a introdução do moinho de vento na China durante o século XIII. Esses avanços, juntamente com a introdução da moeda impressa em papel, ajudaram a revolucionar e sustentar a . Antiquários da era Song, como Ouyang Xiu (1007–1072) e Shen Kuo, incursionaram no nascente e da epigrafia, examinando antigos objetos ritualísticos de bronze e inscrições para compreender o passado. Progressos também foram feitos no campo da ciência forense, particularmente por (1186–1249), autor de , que abordava temas como autópsias em casos de assassinato e primeiros socorros para vítimas.

Polímatas e engenharia mecânica miniatura|esquerda|alt=Um trecho da pintura "Ao Longo do Rio Durante o Festival Qingming", retratando um edifício simples com telhado triangular. Parece que a casa de chá está no andar superior de um prédio de vários andares, embora o resto do edifício não seja mostrado.|O diagrama original do livro de Su Song em 1092, mostrando o funcionamento interno de sua torre de relógio, com o tanque de clepsidra, uma roda d'água com conchas, o escapamento, uma corrente de transmissão, a esfera armilar coroando o topo e a roda giratória com bonecos de relógio que anunciavam as horas com sinos, gongos e tambores.

Polímatas Polímatas — pessoas com conhecimento abrangente em uma vasta gama de tópicos — como Shen Kuo (1031–1095) e Su Song (1020–1101) personificaram o espírito da ciência e tecnologia empíricas iniciais na era Song. Shen é famoso por descobrir o conceito de norte verdadeiro e a declinação magnética em direção ao Polo Norte ao calcular uma medição mais precisa do meridiano astronômico e fixar a posição calculada da estrela polar, que havia se deslocado ao longo dos séculos. Isso permitiu que os navegantes navegassem os mares com maior precisão usando a agulha magnética da bússola, também descrita pela primeira vez por Shen. Shen também ficou conhecido por sua descrição escrita de Bi Sheng, o inventor da impressão com tipos móveis. Ele também se interessou por geologia, formulando uma teoria de geomorfologia e mudança climática ao longo do tempo após observar fenômenos naturais incomuns. Utilizando o conhecimento contemporâneo de eclipses solares e lunares, ele teorizou que o sol e a lua eram esféricos, não planos, expandindo o raciocínio de teóricos astronômicos chineses anteriores. Junto com seu colega no Bureau de Astronomia, Shen usou hipóteses cosmológicas ao descrever as variações do movimento planetário, incluindo a retrógrada. Um de seus maiores feitos, auxiliado por Wei Pu, foi corrigir o erro lunar ao registrar e traçar diligentemente o caminho orbital da lua três vezes por noite durante cinco anos. Infelizmente, Shen enfrentou muitos rivais políticos na corte, determinados a sabotar seu trabalho. A corte aceitou totalmente suas correções para os erros lunar e solar, mas adotou apenas parcialmente o traçado corrigido de Shen e Wei dos caminhos orbitais planetários e suas velocidades.

Su Song, um dos rivais políticos de Shen na corte, escreveu um famoso tratado farmacêutico em 1070, conhecido como Bencao Tujing, que incluía temas relacionados à botânica, zoologia, metalurgia e mineralogia. Esse tratado incluía várias aplicações medicinais, como o uso de efedrina como medicamento farmacêutico. Ele também foi autor de um grande atlas celeste com cinco diferentes mapas estelares, e seu extenso trabalho escrito e ilustrativo em cartografia ajudou a resolver uma disputa de fronteira acirrada entre a dinastia Song e seu vizinho da Dinastia Liao. No entanto, Su era mais conhecido por sua torre de relógio astronômico movida a hidráulica, coroada com uma esfera armilar acionada mecanicamente, erguida na capital Kaifeng em 1088. A torre de relógio de Su empregava o mecanismo de escapamento dois séculos antes de ser aplicado nos relógios da Europa. A torre de relógio de Su também apresentava a mais antiga corrente de transmissão contínua conhecida no mundo, conforme descrito em seu tratado horológico de 1092.

miniatura|direita|alt=Um diagrama retangular de tinta sobre papel com várias centenas de pontos, alguns dos quais organizados em constelações, como um arco desenhado (centro inferior) e uma árvore (superior esquerda).|Um dos cinco mapas estelares publicados no livro horológico e astronômico de Su Song em 1092 d.C., apresentando a posição corrigida da estrela polar por Shen Kuo usando a projeção cilíndrica equirretangular.

Homens intelectuais como o versátil Shen Kuo se dedicavam a assuntos tão diversos quanto matemática, geografia, geologia, economia, engenharia, medicina, crítica de arte, arqueologia, estratégia militar e diplomacia, entre outros. Em uma missão na corte para inspecionar uma região de fronteira, Shen Kuo criou um mapa em relevo de madeira e serragem embebida em cola para mostrar montanhas, estradas, rios e passagens a outros oficiais. Ele também calculou o número total de situações possíveis em um tabuleiro de jogo e, em outra ocasião, a campanha militar mais longa possível, considerando os limites de carregadores humanos que levariam sua própria comida e alimentos para outros soldados. Shen Kuo também é conhecido por melhorar os projetos do relógio de clepsidra de entrada para uma interpolação de ordem superior mais eficiente, da esfera armilar, do gnômon e do tubo de observação astronômica, aumentando sua largura para uma melhor observação da estrela polar e outros corpos celestes. Shen Kuo também experimentou a câmara escura, apenas algumas décadas após o primeiro a fazê-lo, Alhazém (965–1039).

Odômetro e carruagem apontadora para o sul Havia muitas outras figuras importantes na era Song além de Shen Kuo e Su Song, muitas das quais contribuíram significativamente para as inovações tecnológicas do período. Embora o dispositivo de marcação de milhas movido mecanicamente da carruagem com odômetro fosse conhecido na China desde a antiga Dinastia Han, o Song Shi (compilado em 1345) oferece uma descrição muito mais detalhada e profunda do dispositivo do que fontes chinesas anteriores. O Song Shi afirma:

O odômetro. [A carruagem de medição de milhas] é pintada de vermelho, com imagens de flores e pássaros nas quatro laterais, e construída em dois andares, adornada com entalhes. Ao completar cada li, a figura de madeira no andar inferior bate um tambor; ao completar cada dez li, a figura de madeira no andar superior toca um sino. A vara da carruagem termina em uma cabeça de fênix, e a carruagem é puxada por quatro cavalos. A escolta era anteriormente de 18 homens, mas no 4º ano do período de reinado Yongxi (987), o imperador Taizong aumentou para 30. No 5º ano do período de reinado Tian-Sheng (1027), o Camareiro-Chefe Lu Daolong apresentou especificações para a construção de odômetros como segue: [...]

Segue-se uma longa dissertação feita pelo Camareiro-Chefe Lu Daolong sobre as medições de alcance e tamanhos de rodas e engrenagens. No entanto, o parágrafo final descreve como o dispositivo funciona:

Quando a roda horizontal do meio completa uma revolução, a carruagem terá percorrido 1 li, e a figura de madeira no andar inferior baterá o tambor. Quando a roda horizontal superior completa uma revolução, a carruagem terá percorrido 10 li, e a figura no andar superior tocará o sino. O número de rodas usadas, grandes e pequenas, é de no total, com 285 dentes. Assim, o movimento é transmitido como se fosse pelos elos de uma corrente, os "dentes de cão" engatando-se mutuamente, de modo que, por uma revolução adequada, tudo retorna ao seu ponto de partida original.

No período Song (e uma vez durante o período Tang anterior), o dispositivo de odômetro foi combinado com o dispositivo da carruagem apontadora para o sul, que provavelmente foi inventado pelo antigo engenheiro mecânico chinês Ma Jun (200–265). A carruagem apontadora para o sul era um veículo com rodas que, em alguns casos, poderia incorporar engrenagens diferenciais complexas. (Essas engrenagens são usadas atualmente em quase todos os automóveis modernos para aplicar quantidades iguais de torque às rodas que giram em velocidades diferentes ao fazer curvas.) As engrenagens diferenciais poderiam ter sido usadas para manter um ponteiro operado mecanicamente apontando em uma direção fixa, para o sul, compensando quaisquer curvas que a carruagem fizesse. Outros arranjos de engrenagens também poderiam ter sido usados para o mesmo propósito. O dispositivo utilizava navegação por estima, em vez do magnetismo de uma bússola, para navegar e encontrar os rumos direcionais. Yan Su (; c. 961–1040), Diretor Divisional no Ministério de Obras, recriou um dispositivo de carruagem apontadora para o sul em 1027, e suas especificações para criar o dispositivo foram fornecidas no Song Shi. Isso não é surpreendente, pois Yan era um polímata como Shen Kuo e Su Song, aprimorando o design do relógio de clepsidra, escrevendo sobre harmônicos matemáticos, teoria sobre marés, etc. O texto do Song Shi registra que foi o engenheiro Wu Deren quem combinou a carruagem apontadora para o sul e o odômetro no ano de 1107:

No primeiro ano do período de reinado Da-Guan (1107), o Camareiro Wu Deren apresentou especificações da carruagem apontadora para o sul e da carruagem com tambor de registro de li (odômetro). Os dois veículos foram fabricados e usados pela primeira vez naquele ano na grande cerimônia do sacrifício ancestral.

O texto prossegue descrevendo em detalhes o intrincado design mecânico para os dois dispositivos combinados em um. (Veja o artigo sobre a carruagem apontadora para o sul).

Repositórios giratórios miniatura|direita|alt=Um diagrama das três faces frontais de uma estrutura de madeira que parece ser hexagonal. Todas as suas superfícies são intricadamente entalhadas, com pequenas portas em cada lado, padrões de nuvens na parte inferior e uma escultura de parede no topo.|Armário giratório em Yingzao Fashi.