从19世纪中叶到20世纪初，西方发达国家已经完成了蒸汽——机器时代的技术革命，并兴起了以电力为中心的技术革命。但是在中国，近代科学技术还处在它的产生时期，还未能出现真正意义上的技术革命。但是，随着两次鸦片战争的爆发，国门被打开，面对列强的坚船利炮，仁人志士发出了“师夷长技以制夷”的呼声，统治阶级内部也分化出洋务派和后继的维新党，拉开了洋务运动和维新变法的大幕，中国近代科学随着西学东渐而发展起来。
闭关自守政策的破产和洋务运动的兴起
从明万历到清康熙的100多年时间里，经过同反对派斗争的曲折过程，西方的某些科技知识终于开始传入中国。但好景不长，世事多变。自雍正年间到鸦片战争的100多年内，清王朝又推行了闭关锁国政策，对正在迅速发展的西方科学技术采取了视而不见的可笑态度，阻止了西方先进科技知识的继续传入。同时清王朝屡兴文字狱，禁锢了人们的思想。在乾隆、嘉庆年间兴起了考证之风，一批学者为逃避现实而走上了校勘注释、考证古典文献的道路。乾嘉学派对文化的影响也许有某些积极的作用，但由于它影响了人们对自然的探索与研究，对科学的发展则起到了阻碍作用。
就在清王朝已日趋腐败衰落，却又以天朝帝国自居，拒绝吸收西方先进的科学技术的时候，英国在完成了工业革命以后，为推行对外扩张侵略的政策以确保自己的生存与发展，于1840年打响了鸦片战争，西方列强也随之侵入。帝国主义用坚船利炮打开了中国禁闭的大门，从此中国逐渐沦为半封建半殖民地的社会。鸦片战争暴露了清政府的腐败与无能。农民起义也以此为转机风起云涌地发展起来。面对清王朝内外交困的局面，在地主阶级内部分化出一批抨击时弊，主张改革的知识分子，如林则徐（1785—1850）、魏源（1794—1857）等人。他们主张为了“筹制夷之策”，必须“知彼虚实”，即要了解西方，学习西方的先进科学技术。魏源则提出了“师夷之长以制夷”的主张。然而，在当时中国社会能达到林则徐、魏源这样认识水平的中国人仍属于少数，他们的建议既未引起朝廷的重视，也没有得到更多人的响应。
随着形势的更为严峻，学习西方似乎势在必行。就在第二次鸦片战争（1856—1860）之后，封建统治阶级内部出现了分化，以恭亲王奕和曾国藩、李鸿章等为首的一派，以“自强”“求实”为口号，主张兴办洋务。清政府在1861年1月设立总理各国事务衙门，负责涉外一切事务，即“洋务”，由此开始了“洋务运动”。他们在理论上打出的旗帜是“中学为体，西学为用”，要“借师”（学习西方之技艺）以“助剿”（镇压太平天国农民运动），实现“自强”、“求富”。“洋务运动”所要实现的具体内容包括：向西方购买船、炮、机器，雇佣外国技术人员，依靠他们的技术力量制造兵器船只，进而建置海军，操练新军，稍后又从军事部门发展到经济领域，兴办民用工矿、交通、电讯企业，设立同文馆，翻译外国科技书籍，培训人员，并派人出国留学。
洋务运动持续了30余年，此间西方先进的科技知识在中国传播之广，引进西方先进技术之多以及它对后来所产生的影响，是前所未有的。虽然这场运动，因为1894年中日甲午战争的失败而告终，但洋务运动的过程却使中国人真正看到了先进科学技术的力量。因此，在洋务运动失败之后，又出现了康有为、梁启超、严复等一批主张维新变法的人物。他们宣称“变法则强”“守旧则亡”，提出了实行君主立宪制，“富强为先”、“以商立国”的主张，康梁等人还亲自倡导在各地成立学堂、学会、报馆、书局。在清朝内部也分化出以光绪为首的支持改良变法的派别。
中国近代工矿企业的建立
从洋务运动以来陆续建立了一批近代工矿企业。首先是由政府官办的军工厂，如曾国藩于1851年最早建立安庆军械所，以后又陆续建立了江南制造局（1867）、金陵制造局（1865）、福州船政局（1866）、天津机器局（1867）、湖北枪炮厂（1890）。从19世纪70年代开始又以“官督商办”形式，兴办了一些民用工矿企业，如轮船招商局（1872）、基隆煤矿（1875）、开平矿务局（1877）、天津电报局（1880）、上海织布局（1882）、汉阳铁厂（1890）等。
在这期间，民族资本也有了一定发展，陆续开办了机器制造、缫丝、纺织、面粉、火柴、造纸、印刷等近代企业。随着近代工矿企业的建立，也就引进了近代技术知识和装备。1865年江南制造局从美国引进了锅炉、蒸汽机作为原动机，还有其它工作机械，并建有汽锤车间。1866年开办的上海民营发昌机器厂，于1869年已开始使用近代车床。由于造船技术的传入，1865年在安庆制造了我国第一艘轮船，同年江南造船厂也有一艘轮船惠吉号下水。在60年代开办的上海江苏药水厂已可以制造酸和碱，70年代已开始制造肥皂。江南制造局在1890年开始设立炼钢厂，设有15吨酸性平沪一座，日出钢3吨。1890年建立的大冶铁矿，是我国第一座用机器开采的露天铁矿，而在这之前，1878年开滦煤矿已开始用机器采煤。至1908年，由汉阳铁厂、大冶铁矿、萍乡煤矿合并的汉冶萍煤铁厂矿公司，已有近代化的高炉2座，50吨的平炉6座，各种轮机4套，加之有机械化的矿山，已初步形成了一个钢铁联合企业。就钢铁冶炼技术和装备水平来看在当时世界上也是较为先进的。1876年开平矿务局建立，为解决煤炭外运问题、于1881年建成了唐（唐山）胥（胥各庄）铁路，同时还造出了一辆机车头，尽管许多部件如锅炉、车辆和车身钢材是进口的，但它毕竟是中国制造的第一辆机车。
1879年，李鸿章从军事需要出发，在大沽北塘海口炮台和天津之间架设了一条长约40英里的电报线，并于当年5月开始使用。1881年我国正式开办的第一条陆路电报线路——津沪线，于12月投入使用。经10多年的修建扩展，到1895年已经形成了“殊方万里，呼吸可通”的电讯网，东到吉林、黑龙江，西达甘肃、新疆，东南达闽、粤、台湾，西南则可达广西、云南。1890年，中国第一家棉纺织工厂——上海机器织布局投入生产，表明使用机器生产的近代棉纺织业诞生了。
新式学馆学堂和西学的传播
19世纪60年代以后，介绍和编译出版西方近代科技知识的学馆、学堂陆续建立。1862年，清政府决定设立同文馆。1862年在广州设立了“广方言馆”。1868年江南制造局则专门设立译书馆，聘请外籍教师传授科学知识，或与中国人合作共同编译出版科技著作。自咸丰三年（1853年）到宣统三年（1911年）近60年间，共有468部西方科学著作被译成中文出版。在这同时，西方传教士也在中国设学堂、书馆、医院，传播各种科技知识，培养了一批我国近代早期的科技工作者。
此时，出现了李善兰（1811—1860）、徐寿（1818—1884）、华衡芳（1833—1902）等一批既能学习西方科技知识，又善于独创的近代著名科学家。他们为把西方科学知识传入中国，在极其艰难的条件下，与外国人合作进行编译工作，传播了包括数学、物理、化学、地学、生物学以及各种技术方面的知识。李善兰一生花费很大力量从事翻译工作，还创造了不少名词术语，在今天依然沿用，如“代数”、“微分”、“积分”，等等。他独创了一种“尖锥术”，即用尖锥的面积来表示Xn，用求尖锥之和的方法来解决各种数学问题。他实际上已得出了有关定积分的公式。他在没有接触微积分的情况下，通过特殊的途径，运用独特的思维方式达到了微积分，完成了从初等效学到高等数学的转变。
1871年出版的《化学鉴原》是化学家徐寿编译的一部有广泛影响的著作，在国内曾风行一时。书中所涉及的元素64个，他提出的取西文名字第一音节造新字的命名原则，被一直沿用下来，例如纳、锰、镍、钻、锌、钙、镁等。徐寿和一些人于1885年前后发起创造了“格致书院”，在这里兴办科学讲座和科学讨论会，或进行一些化学的示范表演试验。
这些著名的科学家在多个领域里做出了贡献。1867年由徐寿和华衡芳等自行设计，制造了中国第一台蒸汽机，次年又制成了中国第一艘蒸汽轮船。李善兰不仅翻译数学著作，他还和一些人共同努力，比较系统地介绍了近代天文学的知识。华衡芳于1873年则把地学名著赖尔的《地质学原理》译成中文出版，书中已开始介绍了达尔文的学说。从1895年开始，留学英国的严复（1853—1921）着手翻译赫胥黎的《进化论和伦理学》一书，1898年以《天演论》为书名分期刊登在严复自己创办的天津《国闻报》上。进化论思想在中国的传播，不仅在于介绍了先进的生物学知识，而且为反封建主义、反帝国主义的斗争提供了思想武器。
早期留学生的代表——从容闳到詹天佑
为向西方学习，洋务派在经过与顽固派几个回合的辩论之后，于19世纪70年代由国家正式派出留学生。在这之前只有教会资助的留学生和自费留学生。最早的由教会资助的留美学生为容闳、黄宪、黄胜三人。
容闳（1828—1912）1828年生于广东香山县南屏村的南屏镇。那里离澳门不远，是中国最早受到西方传教士文化影响的地区之一。1835年，七岁的容闳跟随父亲前往澳门，并于是年入读当时仍附设于伦敦妇女会女校的玛礼逊纪念学校（Morrison School），由独立宣教士郭士立（原属荷兰传道会）的夫人负责教导。玛礼逊学校是为纪念传教土玛礼逊博士而于1839年11月1日在澳门创建的。1840年鸦片战争后，学校迁到香港。校长勃朗先生（S.R.Brown）是一个美国人，耶鲁大学1832年毕业生。据容闳后来回忆，勃朗先生是一个极为出色的教师。容闳入校学习时，全校已有了五个中国孩子，容闳是第六个学生，也是年纪最小的一个。孩子们在学校上午学习算术、地理和英文，下午学国文。容闳在那里读了6年书。1846年8月的一天，一个决定改变了容闳的一生。那一天，勃朗先生来到班上，告诉全班同学，因为健康缘故，他决定要回美国去了。他说，他想带几个学生跟他一起走，以便他们能在美国完成学业。如果有谁愿意跟他一起走的话，勃朗先生说，请站起来。这时，全班死一般寂静。容闳第一个站了起来。接着站起来的是一个叫黄胜的孩子，然后，又有一个叫黄宽的孩子也站了起来。晚上，当容闳把自己的决定告诉母亲时，母亲哭了。那时到海外去，很可能意味着生离死别。但母亲最终还是同意了。四个月后，容闳和黄胜、黄宽一起在黄浦港乘上了那艘驶向美国的“亨特利思”号帆船。那时候，他们谁也没有想到自己正在开创历史。到了美国不久，黄胜因病于1848年秋回国。两年后，黄宽亦转往苏格兰去学医，只有容闳一人留下来。1850年，他进入耶鲁大学，并在那里完成了学业。
1854年冬，容闳归国。他不仅带回了一张耶鲁大学的毕业文凭，而且还带回了一个梦想——一个日后影响了几代中国青年命运和整个中国历史进程的梦想。然而，回国后却报国无门，竟然经过了10年的蹉跎。1864年终经李善兰、华衡芳等介绍到曾国藩的安庆军械所工作，深得曾国藩的赏识，令其携巨款到美国购办机器。这些机器后来成为上海江南制造局的基本设备。容闳为推进派遣赴美留学生工作做了大量工作，并自告奋勇要带领学生出洋。1872年8月一批30人的幼童留学生被派往美国。这是由中国政府派出留学生的开始，以后又有派往欧洲的军事留学生。1896年清政府又派出了第一批13名留学生去日本，开始了中国的近代留日运动。自甲午战争之后，在中国则又掀起了全面的留学运动。这一运动反映着中华民族已经放下了抱残守缺、固步自封、妄自尊大的思想包袱，是中华民族求进步、图生存的精神体现。留学运动促进了中华文化与世界文化的交流，引起了知识分子治学态度和学风的转变，促进了教育的改革。许多留学生回国后使西方的科学技术在中国土地上生根开花，从而也促进了经济的增长。
詹天佑（1861—1919）就是通过考取容闳倡议的留美幼童预备班去美国留学的。他原籍安徽婺源（今属江西），生于广东南海。祖上经营茶叶生意，到了詹天佑父亲詹兴藩时，遇上鸦片战争爆发，英国侵略者的大炮把长期控制外销贸易的“十三行”轰掉了，在广州的外贸小商人，开始衰落，詹氏的茶行也随之破产。詹兴藩一家由广州迁往南海，一边读书，一边种田，以维持家计。1861年3月27日，太平军与清政府鏖战的炮火正隆，英法联军火烧圆明园的余烟未尽，詹天佑就在这时呱呱坠地了。
詹天佑12岁时，容闳向清廷建议选派幼童出洋赴美留学的“条陈”终于被批准，并指定容闳到香港主持“选送幼童出洋肄业”的招生工作。此时，詹兴藩有个同乡在香港经商，名叫谭伯村。他非常喜欢詹天佑。1871年春天，谭伯村特地从香港赶到南海，劝詹兴藩不要放弃詹天佑留洋的机会，说这是“洋翰林”，一辈子的“铁饭碗”。而詹兴藩迟疑不决，直到谭伯村答应把自己的第四个女儿（詹天佑的夫人谭菊珍）给詹天佑配亲，这事才算定了下来。
詹天佑在美国先后就学于威哈吩小学，弩哈吩中学，1878年又进入耶鲁大学土木工程系学习铁路工程专业，1881年以优异的成绩毕业于耶鲁大学，获学士学位，并于同年回国。在这一年回国的120名中国留学生中，获得学位的只有两人，詹天佑便是其中的一个。回国后，詹天佑怀着满腔的热忱，准备把所学本领贡献给祖国的铁路事业。但是，清政府洋务派官员却过分迷信外国，在修筑铁路时一味依靠洋人，竟不顾詹天佑的专业特长，把他差遣到福建水师学堂学驾驶海船。1883年，詹天佑参加了中法海战，并表现出沉着机智、临大敌而不惧的优秀品质。
此后，詹天佑由老同学邝孙谋的推荐，几经周折，终于在1888年转入了中国铁路公司，担任工程师，这正是他献身中国铁路事业的开始。被湮没了七年之久的詹天佑才有机会献身于祖国的铁路事业。1894年由于他在铁路工程中的出色成绩，英国工程师学会选举他为该会会员。后来他担任了京张铁路的总工程师，于1909年终于建成了一条完全由中国自己筹资，不用洋工匠，完全由中国自己的工程技术人员自行勘测、设计和施工的铁路。当初外国人听说中国人要自己建造京张铁路，曾把它作为笑谈。事实回答了他们，铁路不仅胜利建成，而且实现了“花钱少，质量好，完工快”的工程要求。詹天佑为中国人民和中国工程技术界增了光。他为培养造就中国的工程技术力量花费了巨大力量，1921年他创建了中国工程师学会并亲自任会长。这是我国历史上时间最长的一个学会。他曾谆谆告诫青年工程技术人员：“勿屈己以循人，勿沽名而钓誉，以诚接物，毋挟偏私，圭壁束身，以为范则，不因权势而操同室之戈，不因小忿而萌倾轧之念，视公事如家事，以己心谆人心，皆我青年工学家所必守之道德也。”在对待业务工作上，他说：“行远自迩，登高自卑，一蹴而就，非可永久，工程事业，必学术经验相辅而行，徒恃空谈，渐难任事。”詹天佑作为杰出的近代工程师而载入中国近代技术史册。
无论是洋务运动还是维新变法，最终都以失败告终，这也说明没落的封建帝国已经无力收拾这个烂摊子了。一个千疮百孔的老大帝国恰又面临“千年未有之变局”，或许这也是我中华民族之宿命。当国门被打开之际，西学固然东渐，然而，五千年历史的古老文明也开始影响全世界！晚清的洋务运动虽然从政治、经济、军事等几个方面来看，都是彻底失败了，但从它对中国近代科学技术发展所造成的影响来看，洋务运动的作用还是应该予以肯定的。近代科学技术在中国的发展，如果追根溯源，在许多领域正是从洋务运动时期开始的。而且，它在诸多方面所做的尝试，无疑为后人提供了宝贵的经验借鉴！