原始的指南針名叫“司南”。它是把一塊天然磁石琢磨成勺子形狀，放在一隻平滑的“地盤”上，勺柄所指的方向就是南方。但是，要把天然磁石琢磨成勺狀是非常不容易的，再說磁石在琢磨過程中難免要受到劇烈的震動並且發熱，這些因素都會導致退磁，即使“勺子”琢磨成了，由於磁性很弱，仍起不了指南的作用。因此，我們祖先的這項發明長期沒能推廣使用。
經過長期的探索，到了唐末宋初時期，我們的祖先終於發明了兩種人工磁化的方法，指南針也就應運而生了。
一種方法是用薄鐵片裁剪成2寸長5分寬的魚形，放在炭火中燒紅，鉗出後讓魚尾朝北並把它放在冷水中浸沒，冷卻後再放進密閉的盒子裏，這樣鐵葉魚就會帶磁性，稱為指南魚。使用時，隻要在無風處放一碗水，讓指南魚漂在水麵上，等它靜止後，魚首所指的方向就是南方。
這是世界上最早利用地磁場磁化鐵片的實驗，說明我們的祖先在當時對鐵在地磁場中磁化的原理已經有了相當的認識。類似的方法直到印0年以後的1600年才被歐洲人掌握。不過，用這種方法所獲得的磁性較弱，影響了指南魚指南的準確性。
另一種方法是用天然磁石來摩擦鐵針，使鐵針磁化，製成指南針。這種磁化方法簡單而有效，所以就很快地推廣開了。
北宋著名科學家沈括在他的科學巨著（夢溪筆談）中詳細地介紹了指南針的四種使用方法。一是以磁針橫貫燈芯草，然後讓它浮在水上的水浮法；二是把磁針架在碗沿上的碗唇旋定法；三是把磁針放在光滑的手指甲麵上，稱為指甲旋定法；四是用絲線拴住磁針中心處，在無風處，懸掛起來的縷懸法。這些方法，直到現在仍在航空、航海用的羅盤及地磁測儀等儀器中使用著。
由於有了指南針，我國的航海業在北宋時就已經相當發達。到了元代，不論陰晴晝夜，都已經利用指南針來導航了。
大約在南宋中期，指南針經阿拉伯傳人歐洲，從而推動了盼㈠航海業的發展，促成了新大陸的發現和文化的傳播。
和指南針比起來，火藥的出現要晚得多，唐代醫學家孫思邀，在他的《丹經》一書中提到“內伏硫磺法”，這是世界上最早的關於火藥發明的文字。
什麼是煉丹呢？大約在戰國時代，出現了一種專門以求仙為業的人，稱為方士。方士用各種礦物作原料，用它們在爐裏煉成丹藥，以作“仙丹”，說吃了它就會長生不老。
秦始皇統一中國後，一心一意想長生不老，好永遠統治天下。於是就。請方士給他煉仙丹，有了皇帝的支持，煉丹術就慢慢興盛起來了。後來漢武帝也學秦始皇的樣，讓方士為他煉丹，這樣煉丹術便在大江南北盛行開了。
煉丹的主要原料是硫磺和硝石，燃料則是木炭。方士們在長期：與這些東西打交道的過程中，慢慢地發現，把兩份硫磺和硝石的粉末裝進砂鍋裏，然後把砂鍋埋進一個土坑，再用點著的皂角子放進砂鍋，讓裏麵的硫磺和硝石燃燒到熄火為止，最後再取30份木炭粉末拌上硫磺、硝石燒剩的灰燼一起來炒，炒到木炭粉隻剩下原先的三分之一時，把火熄了，這時鍋裏的混合物f彖是有了魔力似的，點火後會爆炸，威力無比。其實，這就是最早的火藥，火藥是中國古代的煉丹家在長期的煉丹過程中發明的。火藥的發明最遲不會超過公元800年，從戰國時出現方士煉丹起，至少經過了12印年，才有了火藥。
在中國古代，打仗時常利用火的威力來克敵製勝。譬如，在三國時就有著名的火燒赤壁。不過，當時火藥還沒有發明，火攻所用的隻是幹草、油脂和鬆香一類易燃的東西。自從煉丹家發明了火藥後，它當然就立刻被軍事家們用到戰爭中去了。
最先發明的利用火藥的武器是火炮和火箭，統稱“發機飛火”，以後又有“蒺藜火球”和“霹靂火球”，前者是燃燒性火器，後者是爆炸力較大的爆炸性火器。到了元代，又在以前火槍的基礎上發明了火銃和手銃，這就是原始的槍炮了。
大約在宋末元初時火藥先傳到阿拉伯，以後阿拉伯人和歐洲十字軍作戰，歐洲人才從阿拉伯人那裏獲得了火器，學會了製造火藥。
總之，中國的四大發明極大地推動了人類文明的進程，可以說，四大發明的作用和影響是無與倫比的，它將永遠令中華民族引為自豪。