中国的科学技术在元代是居于世界先进行列的。伟大的科学家郭守敬，在天文历法等方面，都做出了杰出的贡献。所谓天文历法，一是观测，代表仪象；二是历算，代表历法。观测和历算，要有司天台即天文台。北京早在金代就设置司天台，元政府于至元十六年（1279年），在大都设置司天台。后来明、清两代的观象台，也都设置在这里。今存观象台为明代所建，台上仪器则为清代所造。
郭守敬是一位勇于创新、勤奋好学的科学家。他在前人基础上，设计制造了测量赤道坐标和地平坐标的简仪，并制造了测量日影长度的圭表等天文仪器。古书记载：“土圭之长，尺有五寸，以夏至之日，立八尺之表，其影适与土圭等，谓之地中。”就是说，圭表用来测量日影长短，所以又叫做量天尺。元代的圭表，圭为石制，表有石制、也有铜制。在大都的圭表，据记载表为铜制，圭为石制。表通高50尺，宽2尺4寸，厚1尺2寸，石圭以上表身高36尺，表上端铸有两条蟠龙，龙半身附表侧，半身凌空擎起一根6尺长3寸粗的横梁，自梁心至表上端为4尺，自石圭上面至梁心40尺。石圭长128尺，宽4尺5寸，厚1尺4寸，座高2尺6寸，圭面中心和两旁均有刻度。这是中国古代最高大的圭表。在大规模仪器观测的基础上，郭守敬主持编制的新历《授时历》，精确度很高，以365.2425天为一年，比地球绕太阳一周的实际时间只差26秒，其准确程度与现行公历相同，但公历的使用要比《授时历》晚300年左右。
郭守敬还进行了恒星位置测量工作，测量出前人未命名的恒星1000余颗，使记录的星数从1464颗，增加到2500颗，并编制成了星表。还有，札马玣丁制造了“苦来亦阿儿子”等七种天文仪器。“苦来亦阿儿子”的“苦来亦”（kure）意为“球体”，“阿儿子”(arz)意为“地球”，即为早期的地球仪。据《元史·天文志》记载：“其制以木为圆球，七分为水，其色绿；三分为土地，其色白。画江河湖海脉络贯串于其中。画作小方井，以计幅员之广袤、道里之远近。”就是说，在木制的圆球上，七分为绿色的海洋，三分为白色的陆地，并画有江河湖泊。在球面上用经纬线画成许多方格，以便进行幅员宽广远近的计算。这是中国史籍最早记载的地球仪。此外，元顺帝妥跆帖睦尔曾设计制造过计时宫漏。《元史·顺帝纪》载：宫漏“高六七尺，广半之。造木为匮，阴藏诸壶其中，运水上下。匮上设西方三圣殿，匮腰立玉女，捧时刻筹，时至，辄浮水而上。左右列二金甲神人，一悬钟，一悬钲，夜则神人能按更而击，无分毫差。当钟、钲之鸣，狮凤在侧皆翔舞。匮之西东有日月宫，飞仙六人，立宫前。遇子、午时，飞仙自能耦进，渡仙桥，过三圣殿。已而，复退位如前。”这架计时宫漏，以水激转匮内的机械，使飞仙神人，按更报时，配以凤翔狮舞，其精巧构思，精绝技术，令人赞叹不已。这位“鲁班天子”会做木匠，但不会做皇帝，他玩物丧志，腐败已极，终被赶下宝座，逃往蒙古大漠。
元朝皇帝崇奉佛教。皇帝、皇后、贵族、官员等，不断建造新寺。所以大都寺庙比前代数量更多，规模更大，精严雄伟，雕华壮丽。佛教的高僧，尊为国师，佩以玉印。先是，旧蒙古文识者很少，成吉思汗调发兵马，用结草或刻木记事。忽必烈时，高僧八思巴创制蒙古新字。八思巴为喇嘛教萨迦派的第五代祖师。蒙古宪宗三年（1253年），忽必烈闻其名，召置左右，从受佛戒。中统元年（1260年），忽必烈尊之为国师，赐玉印。至元六年（1269年），八思巴献所制蒙古新字，颁行全国，是为八思巴字。第二年，升其号为“帝师”，进封“大宝法王”。佛教受到特殊的荣宠，就连皇帝、皇后、妃嫔、公主，都因受戒而向他们顶礼膜拜。佛僧享受着特权：民众殴打佛僧者，断其手；詈骂佛僧者，断其舌。而有的佛教僧侣恃势恣睢，气焰薰灼，殴打王妃，作恶多端。
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