我國早期的圭表測影曾與漏壺配合使用。《史記·司馬穰苴列傳》說，穰苴與莊賈約定“日中會於軍門”。穰苴先到達指定地點，“立表下漏待賈”，“日中而賈不至，穰苴則仆表決漏”。索隱：“按立表，謂立木為表以視日景；下漏，謂下漏水以知刻數也。”可見實際應用時二者的功能可以互相補充。漏壺的出現雖不晚於春秋時，但已發現的早期實例都是漢代的。在陝西興平東門外空心磚墓、河北滿城1號墓及內蒙古伊克昭盟杭錦旗的沙丘中，曾先後出土三件西漢銅漏，都是單壺泄水型沉箭漏。其中以杭錦旗出土者體積最大，通高47.9厘米，壺身作圓筒形，下有三蹄足。接近器底處有一出水管，上有雙層提梁。在壺蓋和雙層提梁當中有上下相對的三個長方孔，用以安插並扶直浮箭。此壺內底鑄出“幹章”二字。壺身外側有刻銘：“幹章銅漏一，重卅二斤，河平三年（前26年）四月造。”幹章即今山西省臨汾市鄉寧縣，西漢時為西河郡所屬之縣。漏壺上的兩個“幹”字十分明確，但在《漢書·地理誌》中誤作“千章”，介紹這件漏壺的文章也多稱之為“千章洞漏”，應依壺銘改正。
早期銅漏使用時，壺內之水從出水管逐漸滴出，浮箭隨之下沉，從而可根據箭上的刻度看出時間的變化。但當壺中盛滿水時，因壓力大而滴得快；水量減少水壓降低後，滴水的速度又變慢，這對測時會產生不利影響。為了解決這個問題，古人曾對出水管口加以控製。興平銅漏出土時內壁上還粘附著一塊圓形雲母片，當年可能是用它阻擋部分出水口用以調節流量的。雖然如此，但如何使漏壺中的水位和水壓保持均衡，在漢代尚未能解決。
為了解決漏壺泄水不均的問題，後來在漏壺上再加一隻漏壺，用上壺的水補充下壺的水量，就可以使下壺泄水時更加穩定。為了使上壺的水也趨穩定，又再加補給壺，於是形成多級漏壺。國家博物館所藏元延祐銅漏壺，鑄造於1316年，是現存最早的多級受水型浮箭漏。原來放置在廣州城拱北樓上，清鹹豐七年（1857年）拱北樓失火，漏壺略有損壞，鹹豐十年（1860年）修複。這組漏壺通高264.4厘米，共四壺：日壺、月壺、星壺、受水壺；除受水壺不計，乃是一組三級漏壺，置於階梯式架座上。受水壺蓋中央插銅尺一把，長66.5厘米，刻劃十二時辰。銅尺前再插木質浮箭，下為浮舟；舟浮箭升，度尺計辰。這種類型的三級漏壺在我國晉代已經出現。晉·孫綽《漏刻銘》中就曾描寫過“累筒三階，積水成川”的漏壺。唐·呂才設計了四級漏壺。北宋·燕肅又發明了另一種方法，他在中間一級壺的上方開一孔，上麵來的過量的水可從分水孔自動溢出，使水位保持恒定，漏壺的功能也就更加完善了。
不過要使漏壺能準確報時，還須解決兩個問題：1．起漏的時刻；2．流速的調整。而這兩個問題都需要用日晷來解決。漢·桓譚《新論·雜事》說，漏刻“晝日參以晷景，暮夜參以星宿，則得其正”。《續漢書·律曆誌》也說，漏是用來“節時分”的，“當據儀度，下參晷景”，“以晷景為刻，少所違失”。因知早期的日晷本是漏刻的校準器。
現存早期日晷完整而可靠的隻有一例，即國家博物館所藏托克托日晷。另外還有一件著錄在周進《居貞草堂漢晉石影》一書中，山西右玉出土，但僅存一小角殘石。托克托日晷於清光緒二十三年（1897年）出土於內蒙古呼和浩特以南的托克托縣，用致密泥質大理石製成，因石質瑩潤細膩，過去曾被稱為“玉盤日晷”，還在許多書中把它的出土地點誤記為貴州紫雲縣。此晷邊長27.4厘米，晷麵中央為一圓孔，以中央孔為心刻出兩個同心圓，內圓與外圓之間刻有六十九條輻射線，占去圓麵的大部分，而餘其一麵未刻。輻射線與外圓的交點上鑽小孔，孔外係以一至六十九的數字，字體為謹嚴的漢篆。各輻射線間的夾角相等，補足後可等分圓周為一百份，正與一日百刻之數相當。晷麵之所以隻刻出六十九條線共六十八刻者，是因為夏至最長的晝漏隻有六十五刻，故晷上的刻線已足夠測影之用。另外還有加拿大安大略博物館收藏的一件，與托克托日晷極相似，傳說是洛陽金村出土的。由於以前發表的都是小尺寸的照片和摹本，對它的若幹細節難以看得清楚。上世紀70年代史樹青先生從加拿大帶回該日晷的拓片。審視後發現，那上麵刻的字雖與托克托日晷相仿佛，但書體呆滯，完全沒有漢篆的神氣。托克托日晷外緣的大圓弧本是刻數字時所加輔助線，並非日晷刻度中必須具備者，但安大略日晷上不僅也有這條輔助線，其起迄的部位也與托克托日晷一致。而且方形晷麵的大小本無定製。托克托日晷每邊為27.4厘米；漢尺每尺約合23厘米，27.4厘米在漢代不是尺寸的整數。但安大略日晷的一側卻也是27.4厘米，僅另一側稍長，為28.1厘米。托克托日晷外圓上所鑽小孔之孔徑為0.4厘米左右，安大略日晷也大致相同。更有甚者，將兩件晷的拓片摞在一起透光觀察，發現不少文字的位置和筆道竟能基本重合。這些現象出現在不同時間、不同地點、不同匠師的製品上，未免太不可思議了。唯一的解釋是，後者應是以托克托日晷為底樣仿製的贗品。
使用托克托日晷時，須先將晷體麵南放正擺平，在晷心的大孔中立“正表”，在外圓的小孔中立“遊儀”。二者均為細棒，插在孔裏。將正表通過遊儀照準日出、日入的位置，其間夾角的度數（亦即刻數）加上晨昏蒙影各2.5刻，即為這天晝長之刻。百刻減去晝長即為夜長之刻。與《周髀算經》所稱，“置以定，乃複置周度之中央立正表”，“立一遊儀於度上，以望中央表之晷。晷參正則日所出之宿度”的說法基本一致。得出了上述讀數後，掌漏的人員則可據以調整晝夜漏刻，確定換箭日期。漏壺的流速也可以根據日晷測日中或用渾儀測中星求出夜半加以校準。
不過，有些學者對托克托日晷的功能有不同的看法。一種意見認為它隻用於測定方向。然而此說對晷麵上何以標出代表一日百刻的刻度卻無法解釋。何況我國在發現磁北之前，早已能根據日出、入時表影頂端的連線，定出正東西；與其垂直的線，即正南北。就測定方向而言，全無製作如此複雜的日晷的必要。另一種意見則認為它是赤道式日晷，不僅能測定時刻，還能測定節氣。這種看法也是不能成立的。因為赤道式日晷在我國出現得比較晚，最早見於南宋初年曾敏行所著《獨醒雜誌》。這種日晷是斜置的，晷麵與地平麵之間有一個相當於當地餘緯度（90°-φ）的夾角，使晷麵與赤道麵平行。這樣，立於晷麵中央的表（晷針）便直指北極，從而可根據晷麵刻度盤上的日影讀出時刻。北京故宮太和殿前的明代日晷便屬於這種類型。平置的托克托日晷與赤道式日晷完全不同。
再說地學，有關地學之最重要的文物是地圖。地圖在我國的出現也很早。上麵說到的西周初年想在伊洛地區建都時，周公就曾遣人以“所卜地圖”與“所卜吉兆”獻給成王（《尚書·洛誥》疏）。在《周禮》中多次提到地圖。《地官·大司徒》：“掌建邦之土地之圖。”《春官·職方氏》：“掌天下之圖。”鄭玄注：“如今司空輿地圖也。”這些圖都是全國性的大地圖。也有專業性的地圖，如《地官·人》有金、玉、錫、石產地之圖。以及更小範圍的地圖，如《春官·塚人》的職務是管理王家墓地，則掌有《兆域圖》。兆就是“塋域”（《春官·小宗伯》鄭玄注）。1977年河北平山戰國中山王陵出土的金銀錯銅板《兆域圖》，正是一幅陵園的規劃圖。當然，這是特殊的豪華型，一般《兆域圖》仍應畫在牘上或帛上。此外，《周禮·地官·小司徒》中還說：“地訟，以圖正之。”鄭玄注：“‘地訟’，爭疆界者。‘圖’謂邦國本圖。”曹魏時發生的一件事恰可與這個說法相印證。正始年間，孫禮被授為冀州刺史。到任前，太傅司馬懿對他說：“今清河、平原，爭界八年，更二刺史，靡能決之。”要求孫禮去了就加以解決。孫禮說：“當以烈祖初封平原時圖決之。”“今圖藏在天府，便可於坐上斷也，豈待到州乎”（《三國誌·魏誌·孫禮傳》）？可見所謂的邦國本圖頗具權威性。但這些圖久已失傳，長期以來所能看到的最古老的正式大型地圖要推西安碑林所藏石刻《華夷圖》和《禹跡圖》，兩圖刻於齊阜昌七年（南宋紹興六年，1136年），已經是12世紀的作品了。出人意料的是，1973年在湖南長沙馬王堆3號墓出土了三幅西漢文帝時的地圖，為前2世紀所繪，比《華夷圖》等早了一千三百餘年。三幅圖中最大的《地形圖》，96厘米見方。主區的比例尺約1∶18萬。地貌、水係、居民點、交通網等四大要素都表示得比較清楚。《地形圖》的方位是上南下北，將它顛倒過來與現代地圖對比，可以看出其河流的骨架、流向及主要彎曲均大體與今圖相同。山脈如觀陽、桃陽以東的都龐嶺的走向也基本正確。南嶺、九嶷山一帶，山重水複，地形複雜，圖中能表達出這樣的精度，應有相當準確的測量資料為依據。考古工作者且以《地形圖》上所標城邑的位置為線索，經過實地勘查，找到了漢代的營浦、泠道、舂陵、南平、觀陽等古城的遺址，更足以證明《地形圖》的可靠性。但圖中所繪鄰區即南越國地區，南北距離過分壓縮，精確性很差。而且漢代的地圖尚未能以網格的形式將其分率表現出來，致使裴秀作出“雖有粗形，皆不精審”的批評。
西晉地理學家裴秀曾主持編繪《禹貢地域圖》和《方丈圖》。在總結前人經驗的基礎上，他提出了繪製地圖的六項原則——“製圖六體”，即：分率（比例尺）、準望（方位）、道裏（距離）、高下（相對高程）、方邪（坡度起伏）、迂直（坡度與平麵距離的換算）。這就為我國傳統的地圖製圖學奠定了理論基礎。特別是在分率的應用上，裴秀的《方丈圖》以“一寸為百裏”，開辟了我國地圖“計裏畫方”的先河。如碑林的《禹跡圖》上，共畫出五千一百一十一方，比例尺是“每方折地百裏”，科學性大為提高。元代朱思本參校當時存世的圖籍，加上他本人實地調查所得，編成著名的《輿地圖》二卷。明代羅洪先將它改成分幅圖，名《廣輿圖》，這是我國現存最早的地圖集。