從19世紀中葉到20世紀初，西方發達國家已經完成了蒸汽——機器時代的技術革命，並興起了以電力為中心的技術革命。但是在中國，近代科學技術還處在它的產生時期，還未能出現真正意義上的技術革命。但是，隨著兩次鴉片戰爭的爆發，國門被打開，麵對列強的堅船利炮，仁人誌士發出了“師夷長技以製夷”的呼聲，統治階級內部也分化出洋務派和後繼的維新黨，拉開了洋務運動和維新變法的大幕，中國近代科學隨著西學東漸而發展起來。
閉關自守政策的破產和洋務運動的興起
從明萬曆到清康熙的100多年時間裏，經過同反對派鬥爭的曲折過程，西方的某些科技知識終於開始傳入中國。但好景不長，世事多變。自雍正年間到鴉片戰爭的100多年內，清王朝又推行了閉關鎖國政策，對正在迅速發展的西方科學技術采取了視而不見的可笑態度，阻止了西方先進科技知識的繼續傳入。同時清王朝屢興文字獄，禁錮了人們的思想。在乾隆、嘉慶年間興起了考證之風，一批學者為逃避現實而走上了校勘注釋、考證古典文獻的道路。乾嘉學派對文化的影響也許有某些積極的作用，但由於它影響了人們對自然的探索與研究，對科學的發展則起到了阻礙作用。
就在清王朝已日趨腐敗衰落，卻又以天朝帝國自居，拒絕吸收西方先進的科學技術的時候，英國在完成了工業革命以後，為推行對外擴張侵略的政策以確保自己的生存與發展，於1840年打響了鴉片戰爭，西方列強也隨之侵入。帝國主義用堅船利炮打開了中國禁閉的大門，從此中國逐漸淪為半封建半殖民地的社會。鴉片戰爭暴露了清政府的腐敗與無能。農民起義也以此為轉機風起雲湧地發展起來。麵對清王朝內外交困的局麵，在地主階級內部分化出一批抨擊時弊，主張改革的知識分子，如林則徐（1785—1850）、魏源（1794—1857）等人。他們主張為了“籌製夷之策”，必須“知彼虛實”，即要了解西方，學習西方的先進科學技術。魏源則提出了“師夷之長以製夷”的主張。然而，在當時中國社會能達到林則徐、魏源這樣認識水平的中國人仍屬於少數，他們的建議既未引起朝廷的重視，也沒有得到更多人的響應。
隨著形勢的更為嚴峻，學習西方似乎勢在必行。就在第二次鴉片戰爭（1856—1860）之後，封建統治階級內部出現了分化，以恭親王奕和曾國藩、李鴻章等為首的一派，以“自強”“求實”為口號，主張興辦洋務。清政府在1861年1月設立總理各國事務衙門，負責涉外一切事務，即“洋務”，由此開始了“洋務運動”。他們在理論上打出的旗幟是“中學為體，西學為用”，要“借師”（學習西方之技藝）以“助剿”（鎮壓太平天國農民運動），實現“自強”、“求富”。“洋務運動”所要實現的具體內容包括：向西方購買船、炮、機器，雇傭外國技術人員，依靠他們的技術力量製造兵器船隻，進而建置海軍，操練新軍，稍後又從軍事部門發展到經濟領域，興辦民用工礦、交通、電訊企業，設立同文館，翻譯外國科技書籍，培訓人員，並派人出國留學。
洋務運動持續了30餘年，此間西方先進的科技知識在中國傳播之廣，引進西方先進技術之多以及它對後來所產生的影響，是前所未有的。雖然這場運動，因為1894年中日甲午戰爭的失敗而告終，但洋務運動的過程卻使中國人真正看到了先進科學技術的力量。因此，在洋務運動失敗之後，又出現了康有為、梁啟超、嚴複等一批主張維新變法的人物。他們宣稱“變法則強”“守舊則亡”，提出了實行君主立憲製，“富強為先”、“以商立國”的主張，康梁等人還親自倡導在各地成立學堂、學會、報館、書局。在清朝內部也分化出以光緒為首的支持改良變法的派別。
中國近代工礦企業的建立
從洋務運動以來陸續建立了一批近代工礦企業。首先是由政府官辦的軍工廠，如曾國藩於1851年最早建立安慶軍械所，以後又陸續建立了江南製造局（1867）、金陵製造局（1865）、福州船政局（1866）、天津機器局（1867）、湖北槍炮廠（1890）。從19世紀70年代開始又以“官督商辦”形式，興辦了一些民用工礦企業，如輪船招商局（1872）、基隆煤礦（1875）、開平礦務局（1877）、天津電報局（1880）、上海織布局（1882）、漢陽鐵廠（1890）等。
在這期間，民族資本也有了一定發展，陸續開辦了機器製造、繅絲、紡織、麵粉、火柴、造紙、印刷等近代企業。隨著近代工礦企業的建立，也就引進了近代技術知識和裝備。1865年江南製造局從美國引進了鍋爐、蒸汽機作為原動機，還有其它工作機械，並建有汽錘車間。1866年開辦的上海民營發昌機器廠，於1869年已開始使用近代車床。由於造船技術的傳入，1865年在安慶製造了我國第一艘輪船，同年江南造船廠也有一艘輪船惠吉號下水。在60年代開辦的上海江蘇藥水廠已可以製造酸和堿，70年代已開始製造肥皂。江南製造局在1890年開始設立煉鋼廠，設有15噸酸性平滬一座，日出鋼3噸。1890年建立的大冶鐵礦，是我國第一座用機器開采的露天鐵礦，而在這之前，1878年開灤煤礦已開始用機器采煤。至1908年，由漢陽鐵廠、大冶鐵礦、萍鄉煤礦合並的漢冶萍煤鐵廠礦公司，已有近代化的高爐2座，50噸的平爐6座，各種輪機4套，加之有機械化的礦山，已初步形成了一個鋼鐵聯合企業。就鋼鐵冶煉技術和裝備水平來看在當時世界上也是較為先進的。1876年開平礦務局建立，為解決煤炭外運問題、於1881年建成了唐（唐山）胥（胥各莊）鐵路，同時還造出了一輛機車頭，盡管許多部件如鍋爐、車輛和車身鋼材是進口的，但它畢竟是中國製造的第一輛機車。
1879年，李鴻章從軍事需要出發，在大沽北塘海口炮台和天津之間架設了一條長約40英裏的電報線，並於當年5月開始使用。1881年我國正式開辦的第一條陸路電報線路——津滬線，於12月投入使用。經10多年的修建擴展，到1895年已經形成了“殊方萬裏，呼吸可通”的電訊網，東到吉林、黑龍江，西達甘肅、新疆，東南達閩、粵、台灣，西南則可達廣西、雲南。1890年，中國第一家棉紡織工廠——上海機器織布局投入生產，表明使用機器生產的近代棉紡織業誕生了。
新式學館學堂和西學的傳播
19世紀60年代以後，介紹和編譯出版西方近代科技知識的學館、學堂陸續建立。1862年，清政府決定設立同文館。1862年在廣州設立了“廣方言館”。1868年江南製造局則專門設立譯書館，聘請外籍教師傳授科學知識，或與中國人合作共同編譯出版科技著作。自鹹豐三年（1853年）到宣統三年（1911年）近60年間，共有468部西方科學著作被譯成中文出版。在這同時，西方傳教士也在中國設學堂、書館、醫院，傳播各種科技知識，培養了一批我國近代早期的科技工作者。
此時，出現了李善蘭（1811—1860）、徐壽（1818—1884）、華衡芳（1833—1902）等一批既能學習西方科技知識，又善於獨創的近代著名科學家。他們為把西方科學知識傳入中國，在極其艱難的條件下，與外國人合作進行編譯工作，傳播了包括數學、物理、化學、地學、生物學以及各種技術方麵的知識。李善蘭一生花費很大力量從事翻譯工作，還創造了不少名詞術語，在今天依然沿用，如“代數”、“微分”、“積分”，等等。他獨創了一種“尖錐術”，即用尖錐的麵積來表示Xn，用求尖錐之和的方法來解決各種數學問題。他實際上已得出了有關定積分的公式。他在沒有接觸微積分的情況下，通過特殊的途徑，運用獨特的思維方式達到了微積分，完成了從初等效學到高等數學的轉變。
1871年出版的《化學鑒原》是化學家徐壽編譯的一部有廣泛影響的著作，在國內曾風行一時。書中所涉及的元素64個，他提出的取西文名字第一音節造新字的命名原則，被一直沿用下來，例如納、錳、鎳、鑽、鋅、鈣、鎂等。徐壽和一些人於1885年前後發起創造了“格致書院”，在這裏興辦科學講座和科學討論會，或進行一些化學的示範表演試驗。
這些著名的科學家在多個領域裏做出了貢獻。1867年由徐壽和華衡芳等自行設計，製造了中國第一台蒸汽機，次年又製成了中國第一艘蒸汽輪船。李善蘭不僅翻譯數學著作，他還和一些人共同努力，比較係統地介紹了近代天文學的知識。華衡芳於1873年則把地學名著賴爾的《地質學原理》譯成中文出版，書中已開始介紹了達爾文的學說。從1895年開始，留學英國的嚴複（1853—1921）著手翻譯赫胥黎的《進化論和倫理學》一書，1898年以《天演論》為書名分期刊登在嚴複自己創辦的天津《國聞報》上。進化論思想在中國的傳播，不僅在於介紹了先進的生物學知識，而且為反封建主義、反帝國主義的鬥爭提供了思想武器。
早期留學生的代表——從容閎到詹天佑
為向西方學習，洋務派在經過與頑固派幾個回合的辯論之後，於19世紀70年代由國家正式派出留學生。在這之前隻有教會資助的留學生和自費留學生。最早的由教會資助的留美學生為容閎、黃憲、黃勝三人。
容閎（1828—1912）1828年生於廣東香山縣南屏村的南屏鎮。那裏離澳門不遠，是中國最早受到西方傳教士文化影響的地區之一。1835年，七歲的容閎跟隨父親前往澳門，並於是年入讀當時仍附設於倫敦婦女會女校的瑪禮遜紀念學校（Morrison School），由獨立宣教士郭士立（原屬荷蘭傳道會）的夫人負責教導。瑪禮遜學校是為紀念傳教土瑪禮遜博士而於1839年11月1日在澳門創建的。1840年鴉片戰爭後，學校遷到香港。校長勃朗先生（S.R.Brown）是一個美國人，耶魯大學1832年畢業生。據容閎後來回憶，勃朗先生是一個極為出色的教師。容閎入校學習時，全校已有了五個中國孩子，容閎是第六個學生，也是年紀最小的一個。孩子們在學校上午學習算術、地理和英文，下午學國文。容閎在那裏讀了6年書。1846年8月的一天，一個決定改變了容閎的一生。那一天，勃朗先生來到班上，告訴全班同學，因為健康緣故，他決定要回美國去了。他說，他想帶幾個學生跟他一起走，以便他們能在美國完成學業。如果有誰願意跟他一起走的話，勃朗先生說，請站起來。這時，全班死一般寂靜。容閎第一個站了起來。接著站起來的是一個叫黃勝的孩子，然後，又有一個叫黃寬的孩子也站了起來。晚上，當容閎把自己的決定告訴母親時，母親哭了。那時到海外去，很可能意味著生離死別。但母親最終還是同意了。四個月後，容閎和黃勝、黃寬一起在黃浦港乘上了那艘駛向美國的“亨特利思”號帆船。那時候，他們誰也沒有想到自己正在開創曆史。到了美國不久，黃勝因病於1848年秋回國。兩年後，黃寬亦轉往蘇格蘭去學醫，隻有容閎一人留下來。1850年，他進入耶魯大學，並在那裏完成了學業。
1854年冬，容閎歸國。他不僅帶回了一張耶魯大學的畢業文憑，而且還帶回了一個夢想——一個日後影響了幾代中國青年命運和整個中國曆史進程的夢想。然而，回國後卻報國無門，竟然經過了10年的蹉跎。1864年終經李善蘭、華衡芳等介紹到曾國藩的安慶軍械所工作，深得曾國藩的賞識，令其攜巨款到美國購辦機器。這些機器後來成為上海江南製造局的基本設備。容閎為推進派遣赴美留學生工作做了大量工作，並自告奮勇要帶領學生出洋。1872年8月一批30人的幼童留學生被派往美國。這是由中國政府派出留學生的開始，以後又有派往歐洲的軍事留學生。1896年清政府又派出了第一批13名留學生去日本，開始了中國的近代留日運動。自甲午戰爭之後，在中國則又掀起了全麵的留學運動。這一運動反映著中華民族已經放下了抱殘守缺、固步自封、妄自尊大的思想包袱，是中華民族求進步、圖生存的精神體現。留學運動促進了中華文化與世界文化的交流，引起了知識分子治學態度和學風的轉變，促進了教育的改革。許多留學生回國後使西方的科學技術在中國土地上生根開花，從而也促進了經濟的增長。
詹天佑（1861—1919）就是通過考取容閎倡議的留美幼童預備班去美國留學的。他原籍安徽婺源（今屬江西），生於廣東南海。祖上經營茶葉生意，到了詹天佑父親詹興藩時，遇上鴉片戰爭爆發，英國侵略者的大炮把長期控製外銷貿易的“十三行”轟掉了，在廣州的外貿小商人，開始衰落，詹氏的茶行也隨之破產。詹興藩一家由廣州遷往南海，一邊讀書，一邊種田，以維持家計。1861年3月27日，太平軍與清政府鏖戰的炮火正隆，英法聯軍火燒圓明園的餘煙未盡，詹天佑就在這時呱呱墜地了。
詹天佑12歲時，容閎向清廷建議選派幼童出洋赴美留學的“條陳”終於被批準，並指定容閎到香港主持“選送幼童出洋肄業”的招生工作。此時，詹興藩有個同鄉在香港經商，名叫譚伯村。他非常喜歡詹天佑。1871年春天，譚伯村特地從香港趕到南海，勸詹興藩不要放棄詹天佑留洋的機會，說這是“洋翰林”，一輩子的“鐵飯碗”。而詹興藩遲疑不決，直到譚伯村答應把自己的第四個女兒（詹天佑的夫人譚菊珍）給詹天佑配親，這事才算定了下來。
詹天佑在美國先後就學於威哈吩小學，弩哈吩中學，1878年又進入耶魯大學土木工程係學習鐵路工程專業，1881年以優異的成績畢業於耶魯大學，獲學士學位，並於同年回國。在這一年回國的120名中國留學生中，獲得學位的隻有兩人，詹天佑便是其中的一個。回國後，詹天佑懷著滿腔的熱忱，準備把所學本領貢獻給祖國的鐵路事業。但是，清政府洋務派官員卻過分迷信外國，在修築鐵路時一味依靠洋人，竟不顧詹天佑的專業特長，把他差遣到福建水師學堂學駕駛海船。1883年，詹天佑參加了中法海戰，並表現出沉著機智、臨大敵而不懼的優秀品質。
此後，詹天佑由老同學鄺孫謀的推薦，幾經周折，終於在1888年轉入了中國鐵路公司，擔任工程師，這正是他獻身中國鐵路事業的開始。被湮沒了七年之久的詹天佑才有機會獻身於祖國的鐵路事業。1894年由於他在鐵路工程中的出色成績，英國工程師學會選舉他為該會會員。後來他擔任了京張鐵路的總工程師，於1909年終於建成了一條完全由中國自己籌資，不用洋工匠，完全由中國自己的工程技術人員自行勘測、設計和施工的鐵路。當初外國人聽說中國人要自己建造京張鐵路，曾把它作為笑談。事實回答了他們，鐵路不僅勝利建成，而且實現了“花錢少，質量好，完工快”的工程要求。詹天佑為中國人民和中國工程技術界增了光。他為培養造就中國的工程技術力量花費了巨大力量，1921年他創建了中國工程師學會並親自任會長。這是我國曆史上時間最長的一個學會。他曾諄諄告誡青年工程技術人員：“勿屈己以循人，勿沽名而釣譽，以誠接物，毋挾偏私，圭壁束身，以為範則，不因權勢而操同室之戈，不因小忿而萌傾軋之念，視公事如家事，以己心諄人心，皆我青年工學家所必守之道德也。”在對待業務工作上，他說：“行遠自邇，登高自卑，一蹴而就，非可永久，工程事業，必學術經驗相輔而行，徒恃空談，漸難任事。”詹天佑作為傑出的近代工程師而載入中國近代技術史冊。
無論是洋務運動還是維新變法，最終都以失敗告終，這也說明沒落的封建帝國已經無力收拾這個爛攤子了。一個千瘡百孔的老大帝國恰又麵臨“千年未有之變局”，或許這也是我中華民族之宿命。當國門被打開之際，西學固然東漸，然而，五千年曆史的古老文明也開始影響全世界！晚清的洋務運動雖然從政治、經濟、軍事等幾個方麵來看，都是徹底失敗了，但從它對中國近代科學技術發展所造成的影響來看，洋務運動的作用還是應該予以肯定的。近代科學技術在中國的發展，如果追根溯源，在許多領域正是從洋務運動時期開始的。而且，它在諸多方麵所做的嚐試，無疑為後人提供了寶貴的經驗借鑒！