工开物》中记述冶炼技术时，把铅、铜、汞、硫等许多化学元素看作是基本的物质，而把与它们有关的反应所产生的物质看作是派生的物质，从而产生化学元素概念的萌芽。
《崇祯历书》
崇祯二年（1629年6月21日），徐光启时任礼部尚书，再次提出修历建议，是年崇祯帝批准并下令设立历局，由徐光启领导，修撰新历。并要求他“广集众长，虚心采听，西洋方法不妨兼收，各家不同看法务求综合。”徐光启奉崇祯帝旨，在钦天监开设西局。1629～1634年徐光启、李之藻和李天经，先后以西法督修历法，任用西方人汤若望（德）、罗雅谷（意）、龙华民（意）、邓玉函等修成《崇祯历书》共46种137卷。
全面发展科学的设想
徐光启重视演绎推理，并特别把重点放在数学上，认为数学是其他一切自然科学和工程学的基础。徐光启在崇祯二年（1629年）即成立西局同年的七月二十六日，给崇祯帝上奏《条议历法修正岁差疏》中说“盖凡物有形有质，莫不资与度数故耳”，提出“分曹”料理，即分学科研究的思想，并论述数学和其他科学的关系，及数学在生产实践中作用。他认为数学是“从用之基”，提出“度数旁通十事”：治历、测量、音律、军事、理财、营建、机械、舆地、医药、计时。在他掌管的“历局”内开展以数学为根本，兼及气象学、水利工程、军事工程技术、建筑、机械力学、大地测量、医学、算学及音乐等学科的研究工作。历局有了科学研究机构的雏形。崇祯帝对此积极反应和支持，下旨批示“度数旁通，有关庶绩，一并分曹料理，该衙知道”。徐光启开创的“格物穷理之学”有李之藻，李天经，孙元化，王徵，其后又有方以智，王锡阐等发扬。
明朝火器与神机营
明朝永乐八年（1410年）征交趾时，明成祖朱棣在京军中组建了专门的枪炮部队——神机营，这种独立枪炮部队建制在当时中国乃至世界各国都处于领先地位，比欧洲最早成为建制的西班牙火枪兵（创建于1510年），要早一个世纪左右。
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对外关系
郑和下西洋路线郑和下西洋
为宣扬国威，加强与海外诸国的联系，明太宗派郑和出使西洋。从1405年到1433年，郑和七次航海，访问过亚非30多个国家和地区，最远到达红海沿岸和非洲东海岸地区，（一说进行环球航行，见1421中国发现世界）。又派遣吏部验封司员外郎陈子鲁出使撒马儿罕、吐鲁番、火州等西域十八国，加强了明朝同世界各国的经济政治上的往来，为中国走向世界做出了贡献。
仁宗朱高炽继位后，停止下西洋活动。宣宗朱瞻基继位后，于宣德五年（1431年）闰十二月初六日，派郑和第七次也是最后一次下西洋，这一次，郑和在返航时去世，去世的地点正是第一次出海的终点，古里。到了明宪宗年间，曾有太监向宪宗提议再次下西洋，于是皇帝下诏到兵部索要郑和出使的海图等资料。但由于刘大夏等官员认为下西洋为一大弊政，有害无益，因此将当年郑和出海地图等资料藏匿起来（一说将其销毁），兵部尚书项忠命吏入库搜索无果，再次下西洋一事于是作罢。
戚继光海禁与抗倭
元末明初，元末明初开始随着元朝海军的灭亡，明朝前期后海军的弱化，日本的武士、商人和海盗，经常骚扰我国沿海地区，被称为倭寇。为防倭寇，朱元璋颁布了海禁政策。明朝中期，朝廷误以为“倭患起于市舶，遂罢之”。那时候，明显发展的私人海外贸易，受到严厉限制。中国东南沿海的一些奸商，与倭寇相勾结，共同走私、抢掠分赃，倭患愈演愈烈。
明朝派戚继光到浙东抗倭。他率领戚家军，在台州九战九捷，取得抗倭斗争的重大胜利。后来他又率军开赴福建、广东，与另一位抗倭将领俞大猷连续重创倭寇。到1565年，东南沿海的倭寇基本剿清，民族英雄戚继光的抗倭业绩，万古流芳。
倭寇平息后，朝廷有鉴于对外贸易对沿海居民的重要性，逐步解除海禁，使民间走私贸易正当化，国际贸易使中国进入了逐渐成形的世界贸易体系之中。
万历援朝战争
丰臣秀吉统一全日本后，意欲占领李氏朝鲜。万历廿年，日本进攻朝鲜，朝鲜国王逃到义州并派使节向明朝求救。明朝取得战争的胜利，中日进行和谈。但万历廿五年后，日本再次进攻朝鲜。万历廿六年，丰臣秀吉死，日军大败退回日本。此即为万历援朝战争。
中西交流
16世纪，新航路开辟以后，葡萄牙人于1511年占领了马六甲，愈甚渴望对中国的往来。明武宗正德七年（1513年），葡萄牙国王派出一支对华使团前往中国，并在广州登陆，希望与明政府建交。后来，中国皇帝同意葡萄牙人在澳门开设洋行，修建洋房，并允许他们每年来广州“越冬”。这是西方列强第一次正式性的登陆中国并接触中国。
万历二十年（1592年），罗马教皇派出利玛窦去中国教区工作