弓箭是军事机械方面最早的一项发明和使用时间最长的古老兵器。弓利用人在拉弦过程中积累起来的力量，以瞬间爆发的形式将箭弹射出去，这说明人类已经具备了机械储存力量的知识，开始使用复合工具，是人类社会技术进步的明显标志。弓箭出现以前，人类的工具比较简单，如把石头砸打成粗糙的石器，把树枝砍削成木棒。弓箭出现以后，因为弓箭射程远，命中率高，携带方便，原始人就比较容易获得猎物，也可以制服那些凶猛的野兽了，大大加强了人类同自然界作斗争的力量。后来，部落之间发生战争，弓箭就成了重要的兵器。正如恩格斯所说：“弓箭对于蒙昧时代，正如铁剑对于野蛮时代和火器对于文明时代一样，乃是决定性的武器。”
弩的发明
弩是在弓的基础上创造出来的。控制射击的弩机已是比较灵巧的军事机械装置，并克服了拉弓时体力受限制而不能持久的弱点。弩主要由弩弓和弩臂两部分组成，弓上装弦，臂上装弩机，两者配合而放前。弩臂为木制，前部有一个横贯的容弓孔，弓固定于其中。弩臂正面有一条沟形矢道，是放箭的，能保证箭在发射后直线前进。《韩非子·说林》有“羿执鞅持杆操弓关机”的记载，其中的“杆”和“关机”都是弩上构件的名称，杆是弩臂，关机是发矢的弩机。羿是传说中黄帝时代的人，看来，弩可能在原始社会末期就发明了。现在所见到的最早的弩，是战国时期的，当时已经有了比较进步的铜弩机了。弩的使用，是先把弦拉开扣在弩机上，待捕捉到最有利的发射时机时，搬动“悬刀”（扳机），把箭射出去。最早的弩机只是起了“延时装置”的作用，以后经过不断改进，弩的性能越来越好，种类越来越多。汉代弩机的“望山”上开始出现刻度，这相当于步枪的标尺，从而提高了射击的准确性。这样，弩既具备了“延时装置”的作用，又有了“瞄准装置”的作用。此外，汉代还出现了能够连续放箭的连弩。最初，弩和弓一样，只用一个人手臂的力量，以后出现了用脚蹬方式拉弦的弩，用绞车开弦的弩，至迟在北宋初年，又制作出把几张弓合成一个弩的“床子弩”。
弩和弓相比，更利于瞄准，命中率高，射程远，杀伤力大，是古代具有相当威力的远射武器。如汉代最常用的六石弩，张力186公斤，射程260米；北宋的床子弩，射程可超过500米，这在当时世界上是很惊人的武器了。
我国发明和使用弩的时间比西方要早得多，公元10世纪古俄罗斯才出现弩，西欧则在11世纪末才出现弩。
最早的枪炮
宋元时期出现的管形火器，是我国和世界上最早的枪炮。
据汤涛的《德安守御录》记载，南宋绍兴二年（1132年），对军事技术颇有研究的陈规在守德安（今湖北安陆）时，使用了“长竹竿火枪二十分条”。作战时两名士兵共同用一条，一人持枪，一人点燃枪中火药。用以喷火烧灼敌人。陈规可以说是管形火器的发明家。《宋史》记载：南宋开庆元年（1259年），寿春地区有人制成了突火枪，突火枪用粗竹筒制作，内装有火药和“子窠”，火药点燃后产生强大的气体压力，把“子窠”射出去。“子窠”就是原始的子弹。突火枪是目前所知世界上最早能发射子弹的火枪，开创了管状火器发射弹丸的先声，把燃烧性火器过渡到管形射击火器的发展阶段，这在管形火器的发展过程中是一个重要的进步。
到了元代出现了金属管形射击火器——火炮，又称火铳、火筒，火铣内装填火药和碎铁，用以轰击敌人，因其威力很大，被称为“铜将军”。中国历史博物馆现收藏的一门元至顺三年（1332年）铸造的铜铣，是目前发现的世界上最早的火炮。
古代管状火器由于枪管对子弹的约束力，造成了一个较为稳定的管内弹道，从大大增加了管外弹道的稳定性，使射击的准确性显著提高。管状火器的发明是武器史上的又一大飞跃，它是近代枪炮的雏形，现代的枪炮就是由这种管型火炮武器逐步发展起来的。
最早的火药武器
我国和世界上最早的火药武器，出现在唐朝末年和北宋时期。
据宋代路振的《九国志》记载，唐哀帝时郑王番率军攻打豫章，“发机飞火”，烧毁该城的龙沙门，“飞火”就是在箭杆上绑一个火药团，点燃引信后射出去，有人认为这是使用火药武器的最早记载。
到了宋朝时期火药武器发展很快。据《宋史·兵志》等史书记载，从宋太祖开宝三年到宋真咸成平五年（970~1002年），兵部令使冯继升、神卫水军队长唐福、冀州团练使石普等人，先后向朝廷进献了火球、火药箭、火蒺藜等燃烧性火器。《武经总要》记载了最早的一批火药武器，有引火球、蒺藜火球、霹雳火球、烟球、毒药烟球、火球、铁嘴火鹞、竹火鹞等8种制品。前6种的制法基本相同，通常是先把配制好的火药，同铁片一类杀伤物和致毒物拌和，然后用多层纸糊固成球形外壳，壳外涂上易燃的引火物，待晒干后使用。铁嘴火鹞是用薄板制成鹞身，头部安上铁嘴，尾部绑有秆草，火药装在尾中。竹火鹞是用竹片编成笼形外壳，外壳糊几层纸，内装火药1斤，尾部绑草3斤到5斤。作战时，先用烙锥把火球壳烙透，然后用抛石机抛到敌阵，达到燃烧、障碍、致毒和遮障等作战目的。
上面的这批火药武器，主要是利用火药的燃烧性能。随着火药配方的不断改进，火药的爆炸力不断增强。到了元朝，火药的应用已经主要侧重在爆炸力方面了。
火药武器的出现，使作战武器发生了一个飞跃性的进步。在将火药应用于军事斗争的实践活动中，我国走在世界的最前列。仅以《武经总要》所明确记载的这批火药武器来说，就比欧洲出现火药武器早了约3个世纪。
早期火箭的发明
北宋后期，民间流行的能高飞的“流星”（或称“起火”）已利用了火药燃气的反作用力，按其工作原理，就是用于玩赏的火箭。南宋时期，这一技术开始用于军事，出现了最早的军用火箭，在普通的箭杆上绑一个火药筒，发射时用引线点燃火药，火药燃气从尾部喷出，产生反作用力推动火箭前进。它以火药筒作发动机，以箭杆作箭身，用翎和箭尾上的配重铁块稳定飞行姿态，以箭头为战斗部，这是现代火箭的雏形。到明朝初年，火箭技术迅速提高，发展成种类繁多的火箭武器，广泛用于战场，被称为“军中利器”。
明朝《火龙神器阵法》记载的1支火箭装有两个同时工作的火药筒的“二虎追羊箭”和装有4个火药筒的“神火飞鸦”等，是最早的多火药简并联火箭。多火药筒并联推进，可增大射程或增加投送重量，是火箭技术的一大进步。书中还记载了一种名为“火龙出水”的火箭：用5尺长的毛竹去节削薄作龙身，前后装上木制龙头龙尾，头尾两侧各装火箭1支，龙腹内装火箭数支。发射时，先点燃头尾两侧的4支火箭，推动火龙前进。待4支火箭燃烧将完时，连接的引线引燃龙腹内的火箭，从龙口飞出，继续飞向目标。这是最早见于史书记载的多级火箭。
明朝茅元仪撰《武备志》（1621年初刊）记载的“飞空击贼震天雷炮”，是一种有翼火箭。它是用竹蔑编造，中间装一火药筒，其余部分装满火药，两旁各安风翅一扇。火箭加翼，不仅可改善飞行稳定性，而且使火箭具有一定滑行能力，从而可借助风力增大飞行高度和距离。书中还记载了十几种多发齐射火箭，这些火箭，都是装在一个筒形容器内，把各支火箭的药线连在一根总线上。作战时常并架数十桶至百桶，“总线一燃，众矢齐发，势若雷霆之击，莫敢当其锋者”。实行多发齐射，增加射击密度，迄今仍是提高无控火箭杀伤威力的基本途径。
明朝初年，中国人万户在一把坐椅的背后，装上47个当时最大的火箭，并把自己捆在椅子上，两手各拿着一个大风筝，然后叫仆人同时把这些火箭点燃。其目的是想借助火箭向前推进的力量加上风筝上升的力量飞向前方。万户被公认为是世界上第一个试图利用火箭来飞行的人。今天，月球上某个山脉还以万户来命名，以此来纪念这位探索者。
火箭的发明对于太空探索和空间飞行具有重要意义。现代的火箭技术，在原理上与中国古代火箭是一样的。今天，运送登月飞船的火箭，可以飞行万里的洲际导弹，都是在我国古代火箭的基础上发展起来的。
最早的雷式武器
随着火药和火药武器的发展，古人逐步学会利用火药的爆炸性能。金人创制的铁火炮用铁做壳，有球形、罐形、葫芦形、合碗形等样式，内藏火药，有火捻从炮内火药中通出。使用时，士兵点着火捻，待抛到敌方时，火捻引着火药，铁火炮点火爆炸后，既能以火焰烧灼敌方，又能以四散飞击的铁壳碎片击杀敌军人马和敌军战具，成为世界上最早的铁壳爆炸弹。明代创制的地雷、水雷和各种爆炸弹，是我国和世界上最早的雷式火器。明代军事著作《武备志》记载了当时制造的十多种地雷，它们的外壳用生铁、石、陶等制成，埋在地下，通过绊、陷、拉等方式引起爆炸。其中，有一种叫做炸炮，壳体系生铁铸成，内装炸药，上面有一小孔，以小竹管穿线于内，几十个炸炮的引线都连在钢轮发火装置的火槽上。将炸炮挖坑埋好后，把钢轮铁轴上的绳卷引出，横置于路上，遇有人马绊踏，牵动钢轮转动，从而发火点燃火槽，使炸炮引爆。这几十个炸炮实际上就是绊踏式地雷群。明代的水雷类型也很多，其中有一种叫做水底龙王炮。其壳体系熟铁制成，每个重四至六斤，内装炸药五升至一斗，炮口安香头引火，香头视驶来的敌船距离远近，可长可短。另用牛脬（膀肮）做成囊，点燃炮口的香头，再把炮装人囊中，在囊内插进一根羊肠后，将囊密封，载在木板上，用石坠入水中，同时将羊肠的另一头引拉到水面，置于鹅雁翎做成的浮排上，用以通气。当驶来的敌船接近或触撞到炮位时，香头已燃及炮内的火药，炮即在水底爆炸，毁伤敌船。
机械
记里鼓车和指南车
在车辆发展的过程当中，从机械结构方面来说，我国记里鼓车和指南车的出现尤其重要。从三国时期开始，历代史书差不多都有记里鼓车和指南车的记载，《宋史》详细地记载了它们的内部构造。
记里鼓车是配有减速齿轮系的古代车辆，因车上木人击鼓以示行进里数而得名，一般作为帝王出行仪仗车辆，至迟在汉代已问世。其工作原理是利用车轮在地面的转动带动齿轮转动，变换为凸轮杠杆作用使木人抬手击鼓。足轮直径6尺，圆周18尺，转100周，车行180丈，恰合1里之数。车行1里，中平轮只转1周。在中平轮的轴上装上一个起凸轮作用的拨子，拨动木人的手臂，就可以使木人击鼓1次。也就是车行1里击鼓1次。如果再加上一个10齿的小平轮和一个100齿的上平轮，每当车行10里的时候，上平轮才能转1周，它上面的拨子拨动另一个木人的手臂，使木人击镯1次。记里鼓车的整个齿轮系是和车辆同行同止的，只要车轮一转动，整个齿轮系就随着转动，车轮一停下来，整个齿轮系也就随着停下来了。从记里鼓车的内部构造来说，所应用的减速齿轮系统已相当复杂，可以说是现代车辆上计程仪的先驱。
指南车是古代一种指示方向的车辆，也是古代帝王出门时，作为仪仗的车辆之一。它起源很早，相传早在5000多年前，黄帝时代就已经发明了指南车，当时黄帝曾凭着它在大雾弥漫的战场上指示方向，战胜了蚩尤。它的工作原理是除用齿轮传动外，还有自动离合装置，利用齿轮传动系统和离合装置来指示方向。在车箱当中有一个平放的一个大齿轮是中心大平轮，其轴向上伸出，轴上立一个木人伸臂南指。中心大平轮转多少度，轴上的木人同样也转多少度。左右小平轮是两个小齿轮，分装在中心大平轮的两边，起传动作用，当车一直向前行驶的时候，左右小平轮和中心太平轮是分离的，不相接触，因此，两边足轮的转动不影响中心大平轮。当车辆向左转弯时，辕的前端向左移动，辕的后端就向右移动，辕后端的绳向右经过滑车，把右边的小平轮放落，和中心大平轮相接触。结果中心大平轮受右边车轮的影响向右转动，恰好能抵消车辆向左转弯的影响，比如车向左转60度，中心大平轮就向回转，向右转60度，使木人手臂所指的方向不变，只要一开始行车的时候木人的手臂向南指，此后不管车向东或向西转弯，由于齿轮系的作用，使木人保持原来的方向，手臂始终指向南方。
记里鼓车本身具有一套减速齿轮系使运动变慢，最后一根轴在车行1里或10里的时候才转1周，而指南车的齿轮系虽然比较简单，但是它是能自动离合的齿轮系，中心大平轮和附足子轮或联或断的设计，在技术上又胜记里鼓车一筹。总之，这两种车体现了我国古代劳动人民的高度智慧和创造能力，显示了我国古代机械技术的卓越成就。
春秋时期的提水器械
春秋时期发明的桔槔，是我国最早的提水器械。
《庄子》一书记载了一个寓言：孔子的学生子贡游历楚国后返回晋国时，见一农夫吃力地用瓦罐从井中汲水，然后抱着去浇地，“用力甚多而见功寡”，就劝他改用桔槔提水灌溉。农夫照办后，用力很小而收获非常大，可以“一日浸百畦”。这个寓言说明，至迟在春秋后期，桔槔已经在生产实践中得到了应用。
桔槔是利用杠杆原理制成的器械，结构虽然简单，却很巧妙。它是用两根长条的直木，一根竖立在井边或河边，另一根横放在竖立的直木顶端，用绳索结住。横木前端挂上水桶或陶瓶等汲水用具，后端坠上石块等重物。灌溉时，用手向上抬一下坠有重物的横木后端，前端便带着汲水用具坠入水中；待注满水后，再向下拉坠有重物的横木后端，于是盛满水的汲水用具就随着前端升出水面。使用桔槔提水既快又省力，大大提高了功效。以后，桔槔的构造又有所改进。从汉代画像石刻的桔槔取水图来看，竖立的直木已改为木架，操作起来就更便当了。
稍晚一些时候，利用轮轴制成的提水工具——辘轳和滑车，也相继出现。辘轳和滑车简单实用，比桔槔更为先进和省力，它们在我国使用了2000多年，直到今天，我国农村仍有一些地方在继续使用。
龙骨水车