五代辽宋夏金时期，虽然处于分裂状态，但由于民族融合和科技交流的进一步加强，也为我国古代科技事业的发展打下了更雄厚的基础。这一时期，我国古代石油、天然气开发利用技术也逐步趋于成熟。这主要表现在新型凿井技术的产生，石油地质学的萌芽，以及石油粗加工技术的提高和石油、天然气应用范围的扩大等方面。
在地质凿井技术上，这一时期出现了新式的凿井方法——卓筒井技术。卓筒井是指井径仅有“碗口大小”的小口井。这种凿井技术是在隋唐时期大口井技术高度发达的基础上产生的。据苏轼记载，卓筒井始于庆历年间（1041—1048），它是根据当地少数民族“凿地植竹”的方法，并在长期以来开凿盐井经验的基础上创造出来的。这种凿井技术实际上就是冲击式顿钻凿井法，“圜刀”即是近代机械钻井的钻头。为了进一步完善这种新型凿井技术，人们还发明井下套管隔水法。它既能防止地层中淡水侵入，又起到固井作用。这在当时世界上实属首创。因为卓筒井“井口绝小”，所以如何将深井内凿碎的岩屑提出，是非常困难的工作。而当时发明的单向阀装置，则成功地解决了这个难题，从而使卓筒井技术更趋于完善。用这种方法开凿的井，深度已达数十丈。卓筒井技术起初用于盐业开采，后来传到西方，发展到近代，成为石油开发初期的重要钻井方法。
在石油地质学方面，这一时期也有重要成就。石油地质学是一门边缘学科，它的发展与地质学、沉积学和古生物学的发展是分不开的。北宋时的沈括是一位学识渊博的科学家。他对许多学科均有很深造诣，其重要贡献之一就是在一定意义上开了石油地质学的先河。例如，我们现在所用的“石油”这一名称，就是沈括最早提出来的，也是较为科学的。他根据石油“生于水际沙石”之中的特点，为便于与其他油类相区别，所以称之为“石油”。而且他还进一步指出了石油“与泉水相杂”的油水共生性，迄今人们发现的各种类型的油藏都证实了沈括的推断。关于石油的储量，沈括作了大胆的论述。他认为“石油至多，生于地中无穷”，地下石油的蕴藏量非常丰富。这种见解，在当时技术水平下，也是极为难能可贵的。沈括还曾用石油作炭黑制墨，并预言：“此物后必大行于世。”这一预言用之于石油更为确切。900余年后，石油得到了广泛应用，成为现代工业的血液。以上这些都表明沈括对石油的认识已达到较高水平。
这一时期，人们已掌握石油炼制的初步技术。北宋时期，我国出现“猛火油作”，这可说是世界上最早的炼油工厂。所谓“猛火油”是石油经过粗加工的产品。猛火油作是宋朝廷军器监的11个作坊之一。由于猛火油是火攻的重要原料，广泛地用于军事上，因此它的炼制技术是密而不传的。
随着人们对石油性质认识的深入，其用途也愈加广泛。如陕北地区的石油含蜡量高，人们用它制成“石烛”，“其坚如石，照席极明，亦有泪如蜡，而烟浓”。对于石油燃烧而产生的“石烟”，北宋时也加以利用。沈括在任鄜延路经略使时，亲自用它试制成墨，名之为“延川石液”，“黑光如漆，松墨不及也”。此外，石油还被用来配制成药，用以治疗疥癣等疾病。寇宗奭所著《本草衍义》中，记载有用石油制砒霜伏的配方。这是石油加工后入药的最早记录。
五代辽宋夏金时期战事频繁，石油作为火攻武器发挥了很大的作用。开宝八年（975），宋太祖派曹彬攻打南唐，后主李煜命朱令赟从湖口发兵御敌，到达皖口时与宋军相遇。朱令赟“先创巨舟，实葭苇，灌膏油，欲顺风纵火，谓之火油机。至此势蹙，乃以火油机前拒，而反风回煽，自焚大筏，水陆诸军不战而溃，令赟投火死”。这是继酒泉保卫战后，又一次用石油进行火攻的著名战例。此后，据《武经总要》记载，人们又发明使用石油的武器“猛火油拒”、“筒柜”等，并用于攻城和水战。
五代辽宋夏金时期是我国古代石油开发利用技术发展最快的阶段，天然气的开发利用，相应地也有很大发展。仅以四川而论，以后，又在重庆、陵州、泸州等地相继发现了天然气。由于天然气的广泛发现，人们对天然气的认识水平也有较大提高。如天然气的主要成分是甲烷（CH4），此外还混有硫化氢（H2S）等有毒气体，有可能熏人致死。宋仁宗时陵州推官杨佐为修复盐井发明了“雨盘”。这种雨盘是“以木盘贮水，穴窍洒之，如雨滴然”。这样可使有毒气体溶于水滴之中，以避免对人的危害。“雨盘”利用了有些气体可溶于水的性质，对于开采低压天然气及在各种场合解决有毒气体问题，都不失为一种简便有效的辅助工具。