燒陶所發展起來的高溫技術為金屬的冶煉、熔鑄創造了條件。當人們發現那些顏色醒目的“岩石”（天然金屬及其礦石）可以燒熔改鑄後，冶金技術的發明便是很自然的了。冶金技術的出現是人類繼燒陶之後運用化學手段來改造自然、創造財富的又一輝煌成就。冶金技術的推廣和發展直接導致了工具的變革，無疑這將對生產力的發展、社會生活麵貌的改變產生革命性的作用，可以說，冶金技術的發明把人類生活從野蠻時代推向了文明的殿堂。同時，人們對金屬有所認識也是從這裏開始，在選礦和冶煉金屬的實踐中，有關金屬的知識逐漸積累起來了。
紅銅的利用和冶金技術的發明
在金屬中，首先被加工利用和冶煉的是銅和銅合金。自然界中存在著天然紅銅，它具有美麗的金屬光澤且混雜在銅礦石之中。在新石器時代早期，人們在采集石料中，偶爾發現了與一般岩石不同的天然紅銅，它質地柔軟，可以錘打成一定形狀的小器物。這可能是利用金屬的開始。當時對天然紅銅的加工，其方法是用質地堅硬的岩石對其進行錘打。這種方式與其他天然材料的加工沒有本質的差異，都屬於物理性質的加工。在原始人的眼裏，天然紅銅也僅是一種性質奇特、不易碎裂的、有一定延展性便於錘打改形的、閃爍著光澤的“石頭”。由於天然紅銅的數量有限，采集到的紅銅也不會很多，人們隻能將它加工成簡單的裝飾品等小器物。紅銅不能做工具，對生產的發展及生活的改善起不到什麼促進作用。但是它畢竟是人們加工的第一種金屬，對人們認識有關金屬物質是一個飛躍，有著深遠的意義。
也可能是將紅銅器物置於火上烘烤，也可能是無意之中紅銅器落入火炭之中，人們發現在加熱中，紅銅變軟，甚至熔化改形。從這一發現出發，人們逐漸掌握了在陶質器皿中將紅銅加熱熔化，並用陶範或石範使熔化的紅銅鑄模成型。熱鑄比冷錘賦型更為方便，較少受到原料的多寡、形狀的限製，所以得到了推廣和發展。
1957～1958年，在甘肅武威皇娘娘台的齊家文化遺址中曾出土了一批銅器，近30件，包括刀、錐、鑿、環等，經分析其含銅量達99%以上，其中不含煉渣等雜物，多數是鍛打成型，個別的是熔鑄的。學者一致認為它們是天然紅銅的製品。現在完全可以應用化學分析和金相分析的方法來區別天然紅銅與原始冶金所得的純銅。
一般來說，天然紅銅的純度是相當高的，大多隻含微量的錫、鉛、銻、鎳等金屬雜質，其總量少於0.5%；而用原始技術所冶煉出的純銅，往往不僅含有較多的與銅礦石〔當時主要是孔雀石，其主要成分為CuCO3·Cu（OH）2〕共生的金屬元素，如鉛、錫、鋅、鐵等，而且由於冶煉溫度不夠高，銅與煉渣未能很好地分離，以至於又會夾雜有矽、鈣、鎂、鋁等氧化物。據此我們對遠古時期遺存中出土的純銅器物的判斷就有了一個科學的依據。通過對甘肅廣河、永靖、玉門的齊家文化遺址、火燒溝文化遺址和山西夏縣東下馮文化遺址、河北唐山夏家店文化遺址等新石器時期文化遺址出土的銅器的分析，發現了一些天然紅銅的製品，這些資料表明在新石器時代早、中期，我國的部分地區的確存在一個銅石並用的時代。隨著製陶技術與高溫技術的發展，熱鑄紅銅的推廣導致冶金技術的發明。從鍛打金屬發展到熔鑄金屬，再發展到開采礦石、冶煉金屬，其間必定經曆了漫長的歲月。即使在發明了金屬的冶煉之後，發展到金屬材料在社會生活中發揮重要作用並在生產工具中占主導地位，即進入青銅時代，這裏也需要一個很長的時期。由此可見，銅石並用時期並不是一個很短的過程。
自然銅往往是夾雜在銅礦石之中，在選揀自然銅中必定會連帶那些含銅量較高的銅礦石一起采得，再者自然銅生鏽變綠，與自然界某些礦石如孔雀石、藍銅礦等很相似。這些相似或相近的礦石很可能被同時放入陶製器皿中被熔鑄。銅的熔點約為1083℃，而孔雀石等氧化銅一類礦石隻要在800℃左右即可被炭火還原，這就是說銅礦石比自然銅的熔煉更容易。所以在熔鑄自然紅銅的過程中，人們進而掌握了銅礦石的選擇和冶煉。
由於金屬礦的共生，人們采用銅礦石冶煉出來的銅相當部分不是很純的紅銅，而是銅合金。而當時的人們不可能區分單一礦和共生礦，也沒有合金的知識，隻能注意到用不同的孔雀石煉出的銅在顏色上有些差異，所以人們在冶銅之初，就不自覺地冶煉出銅合金。再者，銅礦石中正是由於含有與銅共生的鉛、錫、鋅、鐵等成分，從而降低了冶煉的熔點，冶煉出來的銅合金則比紅銅硬多了，較適合製作成某些工具。就這樣伴隨著冶銅技術的發展，銅合金逐漸被人們認識了。
從迄今為止的出土文物來看，我國最早一批原始冶煉的銅製品是屬於新石器時期中期的陝西臨潼出土的仰韶文化早期的原始黃銅殘片製品。例如，1973年在陝西臨潼薑寨仰韶文化遺址中出土的一些銅片，據分析它是含少量鉛錫的銅鋅合金，含鋅為20%～26%。它被壓在仰韶文化層之下，最遲也應是仰韶文化晚期的製品，距今當有6000年之久。1975年在甘肅東鄉林家馬家窯文化遺址出土了用單範鑄成的銅片，同年在甘肅永登連城蔣家坪馬廠文化遺址出土了殘銅刀。前者距今約5000年，後者距今也至少有4000年，它們都是青銅製品。此外，在甘肅齊家文化及火燒溝文化遺址、山東龍山文化遺址、山西東下馮文化遺址、河南偃師二裏頭文化遺址、內蒙古夏家店下層文化遺址都發現了屬於冶煉而成的銅器物，除少數為紅銅外，大部分是青銅。特別是1958年在甘肅永靖縣張家嘴辛店文化遺址和山東諸城龍山文化遺址中，不僅出土了一些紅銅碎片，同時還發現有銅煉渣和孔雀石。
甘肅永登出土新石器時期的紅銅刀
上述考古資料清楚地說明，在4000年前，中國黃河中下遊地區及內蒙古、青海等地區普遍出現了冶銅的活動。當時的煉銅活動大多直接采用以孔雀石為主的單一銅礦石，其中不乏雜有其他共生礦。煉出的銅及其合金在成分上沒有一定的規律。
青銅冶煉技術的早期發展
從目前已發現的古代早期冶銅遺址來看，我國在西周以前，孔雀石是主要的冶銅原料，即使到了漢代，絕大多數地區冶銅所采用的原料仍是孔雀石。孔雀石由於具有翠綠色而較易被發現和識別，又由於它被碳還原隻需800℃左右，因此借鑒於當時燒陶的高溫技術，較易由它冶煉出銅及其合金。
考古工作者在河南臨汝縣煤山龍山文化（約前2000）曾出土過熔煉銅的泥質爐的爐底和爐壁殘塊。可以推測當時的冶煉設備可能是一種類似於坩堝的泥質爐。其爐的直徑約為5.3厘米，厚2厘米，爐內壁竟附有六層凝結的銅液，每層厚約0.1厘米。另外，在鄭州市西郊牛寨村龍山文化遺址中也曾發現過類似的熔爐殘片。根據這些殘片和設備可以判定當時冶煉礦石的方法和熔鑄天然銅相近，采用的是內熱法，即將燃料和礦石碼放在爐內，直接燃燒加熱，利用燃燒中產生的高溫和一氧化碳將銅從礦石中還原析出，熔化後沉聚於爐底，既可以將液態的熔銅倒出來模鑄，更多的是采取破爐取銅。由於要破爐取銅，因此早期完整的冶銅爐子實難留存，人們看到的隻能是煉爐的殘片。上述煤山文化出土的爐壁殘片曾熔煉過6次，它應該是冶煉技術已有一定進步的時期的爐子。所以，我國發明冶銅技術最遲應當在煤山文化之前。
紅銅的質地柔軟，不宜製作工具，更不宜製成兵器；青銅則不一樣，它是銅與錫或鉛的合金，具有一定的硬度和堅韌性，既可做工具，也能做兵器，加上由於冶煉礦石中，錫或鉛等成分的存在，降低了銅的熔點，使青銅較紅銅具有更好的鑄造性能。這種使用價值很自然地引導人們將冶銅工藝向著冶煉青銅的方向發展。在人們對錫石或鉛礦石（常用的是方鉛礦石）有了初步的識別後，冶煉銅的技術由單純地冶煉孔雀石逐步向冶煉孔雀石加錫石或方鉛礦的方向演進。這個演進的細節，目前尚難說清。但是根據出土的夏代晚期和商代早期的青銅器物之多、分布之廣來判斷，這種冶煉孔雀石加錫石或方鉛礦的階段應該在商代早期以前就已推廣了。
采用單一銅礦石冶煉，由於不知礦石的化學組成，很難預料會得到什麼結果，這是冶銅的初始狀態。當能采用銅礦石，加配錫石或方鉛礦來冶煉，至少說明已認識到這是煉鑄青銅的重要途徑。但是，由於礦石中各種金屬含量未知，也很難預知煉出來的青銅的性能。隻有先分別冶煉出紅銅和金屬錫或鉛，然後再按一定比例把它們熔鑄成具有特定性能的青銅製品，這才表現出青銅冶煉技術進入高一級的工藝水平。
我國何時進入這一階段，尚難做出準確的判斷。但是我們可以根據已有的考古資料作如下分析。發展到這一工藝水平必須具備兩個條件，一是人們已完全掌握了冶錫和冶鉛的工藝，並有一定的生產規模。二是對青銅的性能與銅錫或銅鉛配比的依賴關係有一定的認識。按常理，在木柴堆上放上錫、鉛礦石，點火燃燒，都能將錫或鉛燒熔流出來，更何況在當時冶煉孔雀石的煉爐中，冶錫或鉛都非難事。然而考古資料表明，出土的屬於夏代和商代早期的鉛製品是極個別，說明那時的冶鉛工藝並不普遍，直到商代後期，在商殷的墓葬中才有較多的鉛鹵、鉛爵、鉛觚、鉛戈等製品。
金屬錫的製品，至今也隻在商殷墓葬中出現過。那時的錫製品出土稀少，倒有一個科學的緣故，因為金屬錫在13℃以下的氣溫中會自行相變為灰錫（即成粉末狀），所以古代金屬錫的器物很難長期留存下來。根據上述情況的分析，我國冶錫、冶鉛工藝出現的年代大概是在商代中期，以此類推，將紅銅與金屬錫或鉛合煉青銅的開始年代也應在商代中期。若根據對青銅的性能與銅錫或銅鉛配比的依賴關係的認識來判斷，由於這一認識過程是個經驗逐步積累的過程，就難畫一條線了。倒是我國眾多學者曆年對出土的夏商時期的青銅器的分析數據為這一判斷提供了有力的證明。
分析的資料表明，在夏代、商代早期及中期，青銅器的化學組成是雜亂無章的，鉛、錫的含量也較低，這表明當時很可能是以紅銅或銅礦石（孔雀石）與錫礦砂或方鉛礦合煉青銅。出土的商代後期的大部分青銅器，其含錫量控製在12%～19%。例如，1976年在殷墟婦好墓出土的59件青銅禮器和兵器中，有50件的含錫量為12%～19%。這一事實清楚地表明，在商代中後期以後，人們已掌握了用紅銅和金屬錫或鉛來合煉青銅了。