漢武帝時期頒布的太初曆是科技、天文、曆法方麵的一個突出成就。中國古代到戰國時期已流行古六曆，即黃帝曆、顓頊曆、夏曆、殷曆、周曆、魯曆。這古六曆都是“四分曆”。所謂“四分曆”就是一個回歸年的時間定為三百六十五又四分之一日。
戰國時不同諸侯推行的曆法亦不同，大約黃河中遊地區夏族後裔居住的區域就實行夏曆，以寅月即農曆正月為歲首，稱夏正。東南方殷族所建諸侯國如宋國以醜月即農曆十二月為歲首，稱殷正。周王室及同姓諸侯國以子月即農曆十一月為歲首，稱之為周正。
秦朝奉行戰國時製定的顓頊曆，統一後頒行全國，以亥月即農曆十月為歲首。
漢初沿用顓頊曆，年代長了，日月差數得不到校正，出現了“朔(每月初一)晦(農曆月終)見不到月亮的時候卻見到了月亮，上弦(農曆初七、初八，月亮缺上半)、下弦(農曆二十二、二十三，月亮缺下半)的時候卻見到了圓圓的月亮”。另外，當時社會上要求改製(改正朔)的呼聲也很高。
於是，漢武帝命公孫卿、壺遂、司馬遷與射姓、鄧平、唐都、落下閎等二十餘人共造太初曆，據說這次造出的太初曆“晦朔弦望，皆最密，日月如合璧，五星如連珠”,比顓頊曆有明顯進步，並於太初元年(前104)頒行。太初曆原著失傳，西漢末劉歆基本采太初曆數據，改名三統曆，為《漢書·律曆誌》收藏，流傳至今。其價值是：
太初曆采用夏曆(今農曆)以寅月即正月為歲首，至今兩千多年未變。
太初曆確定以沒有中氣(月中沒有節氣)月份為閏月的原則，把月份與季節的關係調整得很合理，這個辦法在農曆(夏曆)中沿用至今。沒有中氣(月中沒節氣)與中國農曆的二十四節氣有關。二十四節氣是將一回歸年分為二十四等分，約十五天左右設置一個節氣，以反映太陽在黃道上的二十四個特定位置，同時反映出氣候變化的情況。
《淮南子·天文訓》中說： “日行一度，十五日為一節，以生二十四時之變”。文中所列二十四節氣的名稱、順序與今完全相同，即立春、雨水、驚蟄、春分、清明、穀雨、立夏、小滿、芒種、夏至、小暑、大暑、立秋、處暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。這說明二十四節氣的設置在西漢初期已經完善。
這二十四節氣中，處在農曆的月頭，如立春、驚蟄、清明、立夏、芒種、小暑、立秋。白露、寒露、立冬、大雪、小寒，叫十二節氣。其餘十二個節氣在農曆月中的就叫中氣。這十二個中氣有雨水、春分、穀雨、小滿、夏至、大暑、處暑、秋分、霜降、小雪、冬至、大寒。
太初曆頒布之前，漢初曆法“一般都將閏月置於年終或某個固定的月份”。這種置閏法不利於協調二十四節氣與氣候的變化，不利於協調晦朔、上弦下弦與月亮出沒圓缺的關係。太初曆確定以沒有中氣的月份置閏的方法有助於解決上述問題，協調了二十四節氣與氣候變化的關係，這對古代指導農業生產具有重要意義，並且一直沿用至今，這是中國古代科學史上的一個光輝成就，至今仍流傳著這樣的農諺： “種田無定例，全靠看天氣。立春陽氣轉，雨水沿河邊。驚蟄烏鴉叫，春分滴水幹。清明忙種粟，穀雨種大田。”
太初曆中五星會合周期的精度也有明顯提高，並根據五星在一個會合周期內的運動規律，總結出推算金、木、水、火、土五星位置的方法。這五顆行星在天空運動的路線距黃道很近，且很高，因而極易引起人們注意。五大行星又分別被稱為歲星(木星)、熒惑(火星)、太白(金星)、填星或鎮星(土星)、辰星(水星)。
五大行星中木星(歲星)最早為人矚目，大約公元前2000年左右人們就知道它十二年繞天一周，在習慣上稱之為歲星。約戰國時，人們已知它繞行一周天不是整整十二年。
《太初曆》中認為它繞行一周天為十一點九二年，東漢時又認為是十一點八七年，現代的精確值認為是十一點八六年。這說明《太初曆》中確定的數值比以前精確了一步。
五大行星和地球都圍繞太陽運轉，水星、金星這些內行星(比地球離太陽近)仿佛總在太陽兩邊擺動，當它們離地球最遠時，正好和地球分別處於太陽兩邊，三者成一條直線方向時，就叫上合；當它們離地球最近，正好走到太陽與地球中間而成一直線時，叫下合。在上合或下合時，行星皆為太陽的強烈光芒吞沒，肉眼難以分辨。
對火星、木星、土星這些外行星而言，離地球最遠時，恰好與地球分處太陽兩端，從地球上看與太陽成一直線，就叫合；當離地球最近，地球處於太陽與外行星之間時，叫作衝。內行星從上合到下一次上合，從下合到下一次下合；外行星從合到下次合，從衝到下次衝，就是行星的一個會合周期。
戰國時《甘石星經》測得水星的會合周期是一百二十六日，《太初曆》說是一百一十五點九一日，現今的測定值是一百一十五點八八日。戰國時甘氏測定的木星的會合周期是四百日，《太初曆》給的數值是三百九十八點七一日，現代測定值為三百九十八點八八日，二者極為接近。
根據五大行星的會合周期，便能測定出各行星在天上的方位。《太初曆》對五大行星會合周期的測定較過去有了進步，測定其在天上的方位就會比較準確。
《太初曆》還提出了一百三十五個月是交食周期，這期間發生月食二十三次，還說到了發生月食的月份的算法。《太初曆》隻提及月食，沒談到日食，但二者是同一道理。月食是地球進入太陽和月亮之間而發生的現象，其時地球擋住太陽光，地球的影子遮住了月亮的全部和一部分。
太初曆也有不足之處，但太初曆已有造曆理論，具備了節氣、朔望、五星、交食周期等常數及推算方法，是全世界最早的天文年曆芻形，為後世曆法樹立了範例。所以，其在曆法方麵的進步作用不可低估。
煉鋼技術的出現。春秋中後期中國已出現並逐漸使用了鑄鐵，春秋後期又出現了鋼，戰國時又出現了生鐵柔化技術，這使中國冶鑄鋼鐵的技術大大領先於世界。
西漢中期中國又出現了炒鋼新技術。這種技術，就是將生鐵加熱成半**、半固體狀態，進行攪拌，利用空氣或鐵礦中的氣進行脫碳，獲得熟鐵或鋼的新技術。
西漢中期已存在的河南鞏縣鐵生溝冶鐵遺址發現有低溫炒鋼爐一座，就說明那時煉鋼技術已經出現。鐵生溝冶鐵遺址的冶煉設備， “已經能煉出質量較高的低碳鋼”。
值得注意的是鐵生溝各種冶煉爐內及附近所出的煤塊、煤餅和煤渣，說明中國在西漢中期已用煤冶鐵確係事實。炒鋼技術的出現和用煤冶煉鋼鐵，使冶鐵業可向社會供應大量優質熟鐵和鋼料以滿足生產和戰爭的需要。
漢武帝時期，中國有了先進的冶煉鐵、鋼的技術，還有用這種先進技術武裝起來的冶煉場。以河南鞏縣鐵生溝冶鐵遺址為例，冶鐵遺址麵積為二萬一千六百平方米。發現有煉爐十八座，熔爐、鍛爐各一座，共二十座。
煉爐中有一種圓形煉爐，直徑1.8米，殘高為1.5米，爐體高大，溫度高，可煉優質生鐵，甚至可以煉出熟鐵和鋼。這無疑是武帝時鐵官管轄下的一座官營鋼鐵冶煉遺址。
漢武帝時興修水利、對匈奴等的戰爭、推廣新式農具，需要大量的鋼鐵製品就是靠當時這些先進的冶煉場供應的。
漢武帝時期中國先進的鐵器、冶鐵技術不斷向偏遠地區傳播。漢朝法律規定“吏民不得持兵器及鐵出關”,在京城長安這類貨也不許胡人“市買”。
雖然如此，非法買賣的現象仍然時有發生，渾邪王降漢後在長安期間，因胡人“市買”兵器、鐵器等貨物，長安商人犯法當死者五百餘人就是一例。中國的鑄鐵技術在漢武帝時期還傳入了大宛。
原始紙的出現。漢武帝時期中國出現了最早的紙。在陝西西安灞橋一座墓葬中出土了中國最早的紙標本。其外觀呈米黃色，已裂成數十塊碎片，最大的碎片長、寬各約十厘米，厚零點一四毫米，其年代不晚於漢武帝元狩五年(前118)。
居延肩水金關遺址出土了一件同宣帝甘露二年(前52)木簡共存的麻紙標本，時間約與木簡紀年相當，出土時揉成一團，展開後最大的一片長、寬為21×19厘米，色澤白淨，薄而勻，一邊平整，一邊稍起毛，質地堅韌。
鑒定得知，這片紙是以苧麻成分為主，是由廢舊麻絮、繩頭。布料等製成的。對宣帝時居延出土的上述紙標本，都一致肯定是紙，但評價高低上有不同。
宣帝時期的紙已經屢被發現，在新疆羅布淖爾漢代烽隧亭址中，發現了一片與宣帝黃龍元年(前49)木簡共存的紙片。
在敦煌烽燧遺址中也發現了宣帝時期的紙。可知，至遲在西漢中期，已經出現利用廢舊麻料抄造成的初級形態的紙張。
從武帝時期西漢國都長安灞橋發現的原始紙，到宣帝時新疆和西北邊郡不斷發現原始紙，都說明中國在公元前的一個多世紀中已經出現了紙。
漢武帝時期中國就出現了原始紙，這為東漢時期出現的“蔡侯紙”奠定了堅實的基礎。
推廣新式農具漢武帝時期，生產工具也有大的進步。如埋葬武帝兄長中山靖王劉勝的河北滿城漢墓二號墓發現了一件大型鐵犁鏵。這種大型鐵犁鏵可深耕，能提高工作效率。西漢中期以後這類大型鐵犁鏵日益普遍，有的長、寬均達四十厘米以上，最重的達十五公斤。
西漢中期以後，犁壁的得到了普遍使用。犁壁的作用是可翻上、鬆土、開溝、培壟，把下麵的土翻上來經太陽曬有殺蟲作用。
耬車(耬犁)的發明與推廣是漢武帝時期在農具方麵的又一創新。
《齊民要術》卷一引崔蹇《政論》說武帝末年令趙過為搜粟都尉，用耬車播種，其法“三犁一牛，一人將之"“日種一頃”。而東漢末遼東地區用長轅犁耕種， "用兩牛六人，一日才種二十五畝”。
二者勞動效率相差懸殊，顯現出武帝末年西漢龍鳳紋重環玉佩推廣耬車等新式農具對提高勞動生產率的作用。趙過所推行的三腳耬(土法播種器),後世有畜力、人力拖曳兩種。
漢武帝時期新式農具的推廣和發明，極大提高了勞動生產，在中國曆史上有重大影響，在人類農業發展史上也有著崇高的曆史地位。