在手工业工程中，有许多成就值得注意，今分别论述如下。
纺织业
民间纺织业的发展 元初，元兵散居乡间，重放牧而轻耕织，对乡人屡有骚扰。农民只有在湖边、地角、山上种植桑树，并且不得不关门闭户养蚕缫丝，纺纱织布，因此，家庭纺织业受到了很大的限制和影响。后来，元代统治者为了能获得更多的丝帛，逐渐重视农桑，劝勉诏令屡见于文献。中统二年“令宣抚司官劝农桑”，三年“禁戍军士毋纵畜牧伤其禾稼桑枣”。大德年间又“申扰农之禁，纵畜牧损禾稼桑枣者，责其偿而后罪之”。至元二十二年“诏以《农桑辑要》书颁诸路，克勤厥职者以次升奖，具怠于事者罢之”。延祐五年，司农丞苗好谦撰《栽桑图说》，深受元仁宗赞赏，并命刊行于民间，行之五六年，功效大著。元代中叶以后，民间纺织业得到了相当普遍的发展。
丝织和“纳失失” 丝织业是元代官、私手工业和家庭副业的主要行业之一，从事这项生产的大小手工业局院和作坊遍布全国，主要产地集中在建康（天历二年改集庆，治今江苏南京市）、平江、杭州、庆元、泉州、四川和中原等地；蚕桑业、丝织业与服饰业专门化分工的程序明显提高。
元代丝织业局院和作坊规模较大，花色品种也十分丰富，如建康有两处织染局，其中东局管人匠三千六百户，织机一百五十四张，额定生产丝一万一千五百二斤八两，缎匹四千五百二十七段；镇江岁额品种有段匹、苎丝、暗花、素丝绸、胸背花与斜纹，每个品种下多少不等，分为枯竹褐、驼褐、秆草褐、橡子竹褐、明绿、鸦青等不同花饰；段匹额定为五千九百余匹，其他少在三百有余，多者近四千，而宋代见于载录的仅绫、罗两顷，岁贡在一二十匹到三百余匹。1964年出土的曹氏（张士诚母）墓中出土有袍、袄、裙等衣着织物，质地有缎、绫、绸等，其中有件薄丝棉祆，缎纹为五枚经缎纹心，花五枚纬纹组织，以连续曲尺云杂纹饰，间以如意、珊瑚、玉钏、银锭等八宝图案纹，1975年山东邹县李裕庵墓中出土一幅绛色绸云巾，上部是一老寿星，左右侧分别为小鹿与仙鹤，中间为六行小字四十二个，人物、鸟兽、花纹、文字同时织成。独树一帜的集庆官纱也是当时的名品，至正年间生产的“一色素净者”尤为精妙，可作“暑月之雅服”。此外，顺帝赐给淑妃的大批锦缎，有麒麟、鸾凤、白兔、灵芝、双角、五爪龙、万寿、福寿字等纹饰。
元代浙江湖州出产的丝织品也极佳。有些织造过程要求严格，甚至连缫丝所用之水也要经过慎重选择。如“归安之水宜茧丝”，练漂出来的丝，丝白如银。在南宋时有名的崇德狭幅丝织物，到元时也增添了绫、罗、水锦、缂丝、绮绣等品种。魏唐的宓机绢，也比前代更为匀净细密，为画家所喜用。蜀锦生产仍很发达，品种也更加繁多。北方丝织业中有“燕人何失世，以织纱縠为业，与张进忠制笔齐名”。
元代新引进了著名品种纳失失（织金锦，来自波斯的一种织金锦缎）与撒答剌欺（来自中亚的一种丝织品），政府并设置专门管理织造的机构，如“撒答拉欺提举司”下设有“别失八里局”，“掌织造御用领袖纳失失等段”。在新疆地区还曾设专局织造。1970年新疆乌鲁木齐盐湖一号古墓曾出土一件元代黄色油绢“辫线袄”，肩、领、袖及襟边等处均有织金锦边饰，至今仍可见其金线光泽。纳失失是统治阶级的专用衣料。
元代丝织物加金极为盛行，织金锦大量生产。织金苎丝在官办丝织业中占相当地位，它是在宋锦的基础上发展而来，并可能受到当时为上层所嗜好的纳失失的启示和影响。元代的织金锦技艺包括两类：一是用片金法，即在织造时把切成长条的金箔夹织在丝线中，二是用圆金法，即将金箔拈成的金线与丝线交织，前者金光夺目，后者牢固耐用，但金色要暗淡一些。在集宁路遗址窖藏物中发现的几件织金丝织品，显现出了光彩夺目的效果，是元代织金苎丝的代表之作。马可波罗在西安、正定、土番州、宝应、南京、镇江等地也亲眼见到各种金锦丝绢。可能这类织物过于奢华，只在上层使用，所以元廷禁止在规定范围外织造、货卖销金产品，这从一个侧面反映了这种技艺已从官营局院流传到了民间。
《梓人遗制》与织机 薛景石，字叔矩，山西万泉（今万荣县）人，是一位智巧好思的木工，也是一位对纺织业作出重大贡献的专家。他认真总结前人成就，并结合自己的实践经验，集当时木工技术之大成，编写了我国古代著名的木工技术专著——《梓人遗制》。《梓人遗制》原书内容非常丰富，收有各种机械器具110种，现仅存《永乐大典》摘抄的“车制”和“织具”两部分，共有机具14种。段成己在书序中概括地指出了《梓人遗制》的成就和特色：“有景石者，夙习是业，而有智思，其所制作不失古法而间出新意，砻断余暇，求器图之所自起，参以时制而为之图。”在纺织机具方面，这部著作描述了立机子（立织机）、华机子（提花机），罗机子（纱罗织机）和布卧机子（织造丝麻织物的木机）等织机的具体形制、尺寸，并绘有各种织机的总体结构和零部件的详图。这部书是研究我国古代织机发展史的宝贵资料。
《梓人遗制》中对华机子和布卧机子的结构论述详尽，如书中记载的梭子的尺寸比以往更加规范化：梭子长一尺三寸到四寸，中心宽一寸五分，厚一寸二分，中间开一梭眼，以引导纬纱；织布机上开口、投梭、打纬三个主要运作程序也进一步完善，因而可使织布的产量和质量都大为提高。山西的潞安州地区，由于薛景石织机的推广应用，原来已经非常发达的纺织业更加兴旺，以致与长江流域的江浙地区并驾齐驱，有“南松江，北潞安，衣天下”的说法。
黄道婆与棉纺织业 元初，植棉和棉纺织技术在我国长江流域和黄河流域广泛传播发展。《农桑辑要》记载：“苎麻本南方之物，木棉亦西域所产。近岁以来，苎麻艺于河南，木棉种于陕右，滋茂繁盛，与本土无异。二方之民，深荷其利。”王祯《农书》卷二一载：“夫木棉产自海南，诸种艺制作之法骎骎北来，江淮川蜀既获其利。至南北混一之后，商贩于北，服被渐广。”初传入的制棉工具和方法繁简不同。关于长江流域的制棉工具和方法，艾可叔《木棉诗》有所描述：“收来老茧倍三春，匹似真棉白一分。车转轻雷秋纺雪，弓弯半月夜弹云。衣裘卒岁吟翁暖，机杼终年织妇勤。闻得上方存节俭，区区欲献野人芹。”其中只提到纺车、弹弓、织机等工具，并说棉花是“野人芹”。可知棉织业传入长江流域尚不久。胡三省《通鉴注》“木棉”云：“木棉，江南多有之……土人以铁鋋碾去其核，取如棉者以竹为小弓，长尺四五寸许，牵强以弹棉，令其匀细，卷为小篇，就车纺之。自然抽绪如缫丝状，不劳纫缉，织以为布。自闽之来者尤为丽密。”可知，这时候棉花已在江南种植，不但已用铁鋋、弹弓这些工具，而且对其的制作和使用也有些法则了。黄河流域（特别是陕西）的制棉工具和方法比较简陋，《农桑辑要》记载的木棉加工技术是：待籽棉晒干后，用铁杖一条，长二尺，粗如指，两端渐细如擀面杖，用梨木板长三尺、宽五寸、厚二寸，做成床子。然后取棉子置于板上用铁杖旋赶出子粒，即为净棉。全书只有碾去棉子的铁杖和木板，其他工具一概不提，显然较之长江流域还差。然而，当时南方的制棉工具和方法实际上也还是落后的，陶宗仪说：“松江府东去五十里许乌泥泾，其地土田硗瘠，民食不给，因谋树艺以资生业，遂觅种于彼（闽广）。初元踏车樵弓之制，率用手剖去子，线弦竹弧置案间振掸成剂，厥功甚艰。”可见，不仅劳动者很辛苦，而且产品粗粝，销售不好，人民的生活还是得不到改善。
黄道婆是松江府乌泥泾（上海旧城西南九里）人，年轻时流落崖州（海南岛南端的崖县），从当地黎族人民学会运用制棉工具的技能和棉布织造方法。成宗元贞年间（1295 —1297）遇顺道海船回故乡，把崖州进步的制棉生产工具和先进的织花技术也带到了松江。她在松江府以东五十里乌泥泾地方教人制棉，传授“做造捍、弹、纺、织之具”，又以崖州织被面法教妇女，“错纱配色，综线絜花”都有一定法则，“以故织成被、褥、带、悦，其上折枝、团凤、棋局、字样，粲然若写。”一时乌泥泾和附近地方“人既受教，竞相作为，转贷他郡，家既就殷”，长江流域特别繁盛的松江棉纺织业就以黄道婆的卓越贡献奠下了始基。黄道婆死后，松江人民感念她的恩德，共同把她安葬，并于顺帝至元二年为她立祠，岁时祭祀。后因战乱，祠被毁，至正二十二年张守中迁祠于他祖父墓地南边，并求王逢作诗以为纪念。明熹宗天启六年（1626），张之象塑其像于宁国寺。清嘉庆年间又有人在上海城内渡鹤楼西北小巷内为她修建了一座小庙，1919年这座小庙还在。
黄道婆在棉织业上的贡献，是将黎族先进的棉纺织技术和内地原有的纺织工艺结合起来，在制棉工具和织造方法上作出一系列重要的发明和技术革新。如以前除去棉籽是由手剥，她则创制了轧棉籽用的搅机；以前弹花用的是线弦竹弓，她则代之以强而有力的绳弦大弓；她还设计出性能良好的三锭脚踏纱车，这是当时世界上最先进的纺纱工具；此外，她还改进了织造机具和提花技术，从而使从碾棉籽、弹花、纺纱到织布的整个棉纺织技术和效率得到了全面的提高。在黄道婆传入崖州少数民族的制棉工具和方法的十九年之后，即元武宗皇庆二年（1313），王祯在《农书》中对于捍（即轧花搅车）、弹（即弹棉椎弓）、纺（即纺车）、织（即织机）等纺织工具作了较为详细的介绍，其中有图并有解说。
黄道婆在松江地区传播先进的棉纺织技术之后，长江流域的棉纺织业随之勃发。乌泥泾在元初本是个“民贫不给”的地方，可是后来由于制作棉织品而变得家户殷实。元以后，松江一带成为全国棉纺织业的中心，享有“衣被天下”之美誉。
棉布印染水平也在明显提高，到至正年间，松江地区从日本学会了印染青花布，“宛如一轴院画，或芦雁花草尤妙”，“青久浣亦不脱”。
麻织业 宋代麻织业的基地在广南西路，成都府路的成都府、邛、蜀、彭、汉诸地也有一定程度的发展。到了元代，随着植麻的北移，麻织业也在河南、山西等地发展起来。据《农书》记载，采用不同原料和方法（有毛絁布法、铁勒布法、麻铁黎布法），可生产出不同的品种，“比云南布，或有价高数倍者”。河南陈州、蔡州一带，善织者一斤成布一匹，次者一斤半一匹，再次者二斤、三斤一匹，其布“柔韧洁白，比之常布又价高一二倍”。山西出产的有大布、卷布、板布等品种。
织造工具也有显著改进。中原地区用水转大纺车，“昼夜纺绩百斤”。山西一带使用立机子、罗机子、小布卧机子，打苎丝线经上使用的有掉籰座等机具。
毡毯业 毛织业是适应游牧民族生活需要而发展起来的产业，有蒙车、籍地、铺设、障蔽等用途。入主中原后，宫廷、贵族和军队对它的需要量越来越大，因而很多官营局院和投下作坊都从事毡毯的造作。
毡毯原料有羊毛、羊绒、驼毛、驼绒等约二十余种，生产的毛织品有剪绒花毯、脱罗毯毡、入药白毡、雀白毡、红毡、白袜毡、回回剪绒毡等，名目有六七十种之多。耗费的原材料数量也相当惊人，如中统三年（1262）造大小羊毛毡三千二百五十缎，计用荒羊绒毛十四万一千七十斤，内白秋毛六万六千一百二十五万斤，青秋毛六万七千五百七十斤，黑秋毛五千六百二十五斤，白绒毛一千七百五十斤，另有羊筋二千斤，羊头骨二百五十斤。另以至治三年（1322）成造的一条地毯为例，长五十尺，阔二十二尺五寸，毡毯业的发展由此可见。大同元墓出土的毡帽、毡靴，质地细致，保存完好，说明了元代的毡毯业不但有大量生产，而且有着较高的工艺水平。
陶 瓷 业
元代，北方诸窑相继衰退，而南方的江西景德镇异军突起，一举成为全国最重要的瓷器生产地。元代瓷器的重大发展，主要反映在青花瓷和釉里红瓷器的烧制成功。青花瓷是运用钴料进行绘画装饰的釉下彩瓷器。制作过程是用钴料在瓷胎上绘画，然后上透明釉，在1300℃ 左右的高温下一次烧成。青花瓷最早产于唐代巩县窑，在元代得到发展并成熟起来。元青花造型博大，画法娴熟，色彩鲜艳，是陶瓷技术史上最引人入胜的品种之一。釉里红是一种釉下彩，在胎上以氧化铜为呈色剂作饰纹，罩以透明釉后经高温烧制而成，元代中期创烧于景德镇。釉里红烧成难度大，元代的传世品不多，釉色纯正者更是稀少。明宣德和清康熙、雍正时期的釉里红瓷器颇负盛名，其成就便是在元代的基础上取得的。枢府器为元代景德镇的又一重要发明。这种白釉印花瓷器，胎体厚重，釉呈失透状，色白微青，似鹅蛋色泽，故称卵白。印有“枢府”、“太禧”字款的器物，一般多制作精细，釉色纯正，造型工整。正如曹明仲在《格古要论》中所说：“元朝烧小足印花者，内有枢府字者高。”这种卵白釉为元明清景德镇各类瓷器的高度发展打下了坚实的基础。
制茶业
元代茶叶的制作技术基本沿袭前代，江西等地区普遍采用的“水转连磨”，则可能是在宋代“水磨”的基础改进而成的制茶工具。从忽思慧《饮膳正要》载录的品种看，紫笋雀舌茶与燕尾茶已见于前代，其他新发展、新制的品种主要有：金字茶，系江南湖州“造进末茶”；范殿帅茶，范殿帅当指范文虎，系江浙庆元路“造进茶芽”，其味色“绝胜诸茶”；川茶、藤茶、夸茶，“皆出四川”，前二者似无可考。夸（亦作夸、胯）茶宋代已有，而《元史·食货志》所谓 “无从知其始末”的“建宁夸茶”当指此；孩儿茶出自广南；三玉川茶。宋景德年中期，宋廷以两湖茶叶与北方实行茶马贸易。为了便于长途运销，湖北用米浆粘合成饼状或圆柱体形状，称帽盒茶（又名“工夫茶”），这是青砖茶的前身。但一般认为此茶至明代中叶才发展起来，其后“三玉川”茶庄压制的青砖茶，在蒙古牧民中享有很高声誉，但金元时代的有关描述与该品种的性状一致，可见三玉川茶元代已流行朝野。
另有几种加入一些营养成分制成的茶：枸杞茶，先取枸杞五斗洁化，而后“用雀舌茶展溲碾子，茶芽不用”，再将枸杞碾成细末；玉磨茶，用上等紫笋与苏门炒米各五十斤，筛净后拌和，入玉磨内磨成茶；香茶，用白茶（宋代茶书中常见，也是贡茶中的上品）、龙脑、百药煎、麝香按一定比例拌和细研，用熬成粥样的香粳米调合成剂，印成饼状；炒茶。铁锅烧赤后，以马思哥油（用牛奶“打取浮凝”的白酥油）、牛奶子、茶芽同炒而成。还有“出直北地面，味温甘”的女须儿茶；“出本土（指西番），味苦涩，煎用酥油”的西番茶，亦作西番大叶茶。元廷在分宁（今江西修水）等处设官营作坊，“成造西番茶货”，西番大叶茶亦有可能在这里成造。值得一提的是，茶叶在唐代已传入吐蕃与回鹘地区，十至十二世纪，继续传到吐蕃，并到达高昌、于阗和七河地区，而且可能经由于阗传到河中以至波斯、印度，也可能经由于阗或西藏传入印度、波斯。十三世纪末蒙古兴起后，中西海陆交通大开，茶叶随之进一步在中亚和西亚广为传播。
制盐业
食盐是人类生活的必需品，盐业是我国封建社会中与国计民生密切相关的支柱产业之一，“国之所资，其利最广者莫如盐”（《元史·食货志》），因此历代统治者都非常重视盐业生产，并且长期实行食盐专卖制度。在元代，除四川的井盐业有所衰退外、福建、广东、广海、两淮、两浙、大都、河间、山东、辽阳以及河东（山西解州）等地的盐业生产都有所发展，制盐技术也有了显著的进步。据统计，元代全国盐场有一百六十余所，灶户、捞盐户等盐业劳动者五万余户，天历年间，全国盐产量达二百五十六万引（每引四百斤），远远超过了宋代。
盐有海盐、井盐、池盐、岩盐、土盐等，其中以海盐的产量最大，是食盐的主要来源。海盐生产有煎、晒两法，元代以前一般采用煎盐法。元至顺元年（1330）陈椿所著《熬波图咏》和明末宋应星《天工开物》对于这种方法作了相当详细和具体的记述。煎取海盐要根据盐田地势高下和沙土情况采取不同的措施，大体上经过收集盐料、淋卤和煎炼等几个步骤。如有些盐田要先铺上稻麦秆灰和芦茅灰一寸左右，压使平匀，以吸收盐分，然后到次日中午扫取灰盐，再行淋卤和煎炼。有些盐田则不用灰压，而是待潮水过后，经半日晒出盐霜再扫起淋煎。如果盐田地势较低，则要先挖深坑，横架竹木，上铺席苇，再铺上沙子，潮水过后，盐卤淋于坑内，即可取用煎炼。
淋卤是制取海盐的一个重要环节，据陈椿《熬波图咏》所载，其具体作法是：先掘一淋坑，深二尺左右，方边五六尺，四周及坑底垒筑坚实，以防泄漏。再在淋坑旁掘一深广约六尺的卤井。淋坑底下埋一小竹管与卤井相通。淋卤时，在淋坑内用一担生灰铺底，倒入灰盐，再用一担生灰盖面，上铺草把后用海水浇淋，于是浓度较高的盐卤便流入了卤井。明代宋应星《天工开物》所载淋卤法是先掘一深一浅两个坑，浅坑约深一尺，深坑约七八尺。浅坑上用竹木架以芦席，席上铺以盐料（即扫来的灰盐、沙盐等），四周高起围成一个圈子，再把海水浇入盐料中间，盐料中的盐就随海水流入浅坑，后又流入深坑。这种制取卤水的方法比元代更为简便。为了解卤水含盐量，宋代已出现了通过观察鸡蛋、桃仁或莲子在卤水中的浮沉，以判断卤水浓度的简单方法。《熬波图咏》所载元代发明的莲管试法，用竹管盛装四枚挑选出来并经过泥浸处理的标准石莲，根据其浮沉情形即可测定四等卤水，使掌握卤水浓度有了更为科学有效和简便易行的测试手段。
盐卤制成以后，便要进行煎炼。煎炼就是将盐卤置于铁铸或竹编的盐盘中加热蒸发。随着水分的蒸发，盐卤渐渐浓厚，最后析出固体食盐。收取食盐有两种作法，一种是把水完全烧干，一种是随时捞取食盐，同时再加新卤水，再蒸再捞，连续出盐，《熬波图咏》说：“如此则昼夜出盐不息，比同逐一盘烧出干盐，倍功省力。”
煎制海盐的方法出盐快，效率也较高。但煎盐法所用的铁盘、竹盘不可能太大，盐产量受到一定限制，并且还要消耗很多的工力和燃料。为了克服这些缺点，我国劳动人民又创造了晒盐法。早在唐、宋时期，解州池盐已经采用了畦晒法，即在盐池周围开辟盐畦，将池中卤水导入畦中，利用日光和风力蒸发成盐。在元代，福建的海盐生产首先采用晒盐法，“全凭日色晒曝成盐”，这在我国制盐史上是一项具有重要意义的革新。到了明代，晒盐法已为闽、广和长芦盐区所普遍采用，但尚未推广到江淮和两浙，所以徐光启曾上奏议，“欲江淮、两浙尽行此法”。
矿冶
蒙古族在成吉思汗之前还不会炼铁，只能用外来铁器改造兵器。元朝立国后，设洞冶总管府、淘金总管府统辖全国坑冶，又有出蜡局、鼓铸局、镔铁局，武备寺掌管金属手工业和兵器制作。元代矿冶以官营为主，由罪犯、在籍工匠服役。又设冶户、煽炼户、银户、淘金户按额纳课，这种生产关系的倒退以及为防止民众反抗，不准民间持有铁刃器的禁令，严重阻碍了金属手工业的发展。为增加收入，元政府有时也不得不采取变通办法，允许民间经营，如王恽《论革罢拨户兴煽炉冶事》所建议的，改冶户纳课为“自治窑冶煽炼，官用铁货给价和买，使官民两便”。《续文献通考·征榷·坑冶》记载至治三年（1323）“金银冶听民采炼，以十分之三输官”，《麟原文集·刘宗海行状》记庐陵“大冶煽，役者常千”，说明民营矿冶仍有一定规模。
虽然民间可以经营矿冶，但并无保障，朝廷随时可以收归官营，如元贞二年（1296）“中书省奏罢百姓自备工本炉冶，官为兴煽发卖”。大德七年（1303）“定各处铁冶课，依盐法一体禁冶”。但总的来说，元代矿冶业仍有所发展，王恽《秋涧集》卷九十《省罢铁冶户》记载燕南北即有铁冶17处，煽炼户三万余，铁的年产量达1600多万斤。除河北、山东、山西（元代称为“腹里”，属中书省管辖）外，铁产地主要是在江、浙、赣、湘、鄂等南方诸省。
元代的冶铁技术水平从陈椿的《熬波图》可略知一斑。《熬波图》记载，当时化铁炉用瓶砂（碎陶瓷末），白墡（白色耐火土）、炭屑、小麦穗和泥修筑。这种混合料具有很强的耐高温和抗侵蚀的性能而且不易开裂，是很好的耐火材料。书中所绘炼炉炉口小，能减少热量损失，上口小而下部炉膛大，能使炉料顺行，避免悬料事故；炉子下部收口，使热量集中有利于熔铁。所以，书中说其每化1斤铁，只需用1斤炭，这在当时条件下是很了不起的。
机械
王祯《农书》在《农器图谱》中详载农业手工业所用机具二百多种，集中反映了宋元时期我国工农业生产中常用的机械装置及其成就。根据书中记载，元代在机械制造方面也有很大进步，如发明了水转连机磨、水力大纺车、水转龙骨水车等一系列先进的机械设备。
水转连机磨 这是一种构造比较复杂的新型水磨，它用一个水轮带动几个磨同时工作。这种水力加工机械，水轮高而宽，是立轮，要用急流大水冲动水轮。轮轴要求很粗，但长度要适中。轴上按一定的间距安装三个齿轮，每个齿轮和一个磨上的齿轮相衔接，中间的三个磨又和各自旁边的二个磨的木齿相接。水轮转动通过齿轮带动中间的磨，中间的磨又通过磨上的木齿带动旁边的磨。这样，一个水轮能带动九个磨同时工作。
水力大纺车 这是一种专门纺麻的纺车，由以往的小纺车改造而成。其特点是： （1）用水作动力，工作能量大； （2）纺纱的锭子多，达到三十二枚，因此，生产效率很高。如以往的手摇或脚踏小纺车纺麻，用五个锭子，一昼夜不过纺二斤；而大纺车一天一夜能纺百余斤麻。因此，纺麻的时候常常要集中多家的麻才能满足它的生产要求。由于设备先进，“中原麻苎之乡皆用之”，对纺织业的发展起了重要的推动作用。
水转龙骨水车 这种水车，装置和以往的水车差不多。它的动力机械装在水流湍急的河边，先树立一根大木架，在大木架中央竖立一根转轴，轴上装有上、下两个大卧轮。下卧轮是水轮，在水轮上装有若干板叶，以借水的冲击力使水轮转动。上卧轮是一个大齿轮，和水车上端轴上的竖齿轮相衔接。把水车装在河岸边挖的一条深沟里，流水冲击水轮转动，卧齿轮带动水车轴上的竖齿轮转动，再带动水车转动，从而把水从河中车上岸来。这一设备，利用一对大的木齿轮把水轮的回转运动传递到水车的轴上带动水车进行工作，是元代机械制造方面的一项重大成就。
印 刷
元朝建立后，元世祖忽必烈相当重视刻书，并曾拨发专款刻印汉文典籍，推动了印刷业的发展。元代中央政府设有兴文署和艺文监广成局专门掌管刻书。如至元二十六年（1290）刻印的《胡三省音注资治通鉴》、《通鉴释文辨误》就是兴文署所刻书中最早和最好的两种。地方官府和各地书院刻书的也很多，如九路儒学分刻的《前汉书》、《后汉书》、《三国志》、《隋书》、《唐书》、《北史》、《辽史》、《金史》、《宋史》等九史，杭州西湖书院刻印的马端临《文献通考》等都很著名。官府倡导于先，私家随之于后，民间以刻书为业的书坊也随之发展起来。当时北方印刷业的中心是大都和平阳，南方印刷业的中心是杭州和福建的建安、建阳，所刻书籍风行全国。
元代在印刷技术方面的突出成就是王祯发明的木活字印刷术。在北宋毕昇发明泥活字印刷术前后曾经试制过木活字，后来还有人试制过瓦活字和锡活字，但由于木料的纹理有疏密，沾水后高低不平，并且易于与松脂蜡药相粘连，不便清理取用，而瓦字和锡字吸水性差，使用水墨效果不好，所以这些尝试都没有获得成功。王祯在认真研究前人经验的基础上，对木活字印刷方法提出了一系列改进措施，较好地解决了其中一些具体的技术问题。例如选择硬质木板雕字，用小锯锯开制成活字，再用小刀四面修整，使之大小高低整齐划一；排版时不用粘合药料，而是排字作行，用竹片夹持，再用小木楔塞紧，使之坚牢不动，然后即可用墨刷印。为了拣字方便，王祯还发明了转轮排字架，将木制单字按韵贮放在直径七尺的大轮盘上，排字时转动轮盘，以字就人，有效地提高了拣字效率。《王祯农书》卷二二所附“造活字印书法”对这种木活字印刷术作了较详细的记述。王祯在任安徽旌德县令时，曾请工匠刻制木活字三万多个，并试印了他所撰写的《旌德县志》。全书六万余字，不到一个月，就印成了一百部。此后不久，浙江广平人马称德在任奉化知州时，曾试制木活字十万个，印成《大学衍义》一书共20册。此外还有些人陆续用木活字印书。但元代木活字印本，今存者极少，而且还存在争议，但却有几百个当时的维吾尔文木活字流传下来。
套色印刷术的发明是元代印刷技术的又一项成就。宋元时期无论是雕版印刷还是活字印刷的书籍，一般都是墨印黑色。套色印刷，通称“套版”，大约是在十四世纪中叶发明的。最初的套版仅为朱、墨两色。现存元末至元六年（1340）中兴路（湖北江陵）资福寺刻无闻和尚注解的《金刚经》，其卷首扉页老僧讲经图桌前的灵芝草用朱墨两色套印，全书经文为红色，注文为黑色。这是世界上现存最早的木刻套印本，比欧洲要早一百多年。
建 筑
元大都和大都宫殿 大都（今北京）是元朝的首都，这里自战国至唐代一直是北方的一个重镇，辽曾在此建立南京，金又扩建为中都。忽必烈即汗位后，决定由上都（开平）迁都于此，并于至元元年（1264）着手大规模的建设，历时八年建成。明清时期的北京城是在元大都的基础上改建和扩充而成的。
大都的规划者是刘秉忠和阿拉伯人也黑迭儿丁。他们按古代汉族传统都城的布局进行设计，但又有新的特点。城的平面接近方形，南北长约7400 米，东西宽约6650米，北面二门，东、西、南三面各三门，城外绕以护城河。皇城位于大城（外郭城）南部的中央地区，皇城中的南部偏东则为宫城，宫城建在全城的中轴线上，大城中的主要于道都通向城门，主要干道之间有纵横交错的街巷，寺庙、衙署和商店、住宅分布在各街巷之间。全城分为六十个坊，但所谓坊，只是行政管理单位，已不是汉、唐长安那样的封闭式里坊。
大都的水系是由杰出科学家郭守敬规划的。郭守敬（本卷下册别有传）一方面主持疏浚了连接都城东西的运河——通惠河，使南方物资可以通过运河直达大都，同时又设计开凿了一条新渠，即著名的白浮堰，由北部山区引水，并汇合西山的泉水，流入瓮山泊（昆明湖），然后通向积水潭，解决了通惠河的水源不足问题。大都的排水系统也相当完善，下水道全部用砖砌筑，干道与支道分工明确，计划周密。
元朝的宫殿是大都城中的核心建筑。皇城主要包括三组宫殿和太液池、御苑，宫城位于全城中轴线的南端，是主要宫殿所在。宫城之西是太液池，池西侧的南部是太后居住的西御苑，北部是太子居住的兴圣宫，宫城以北是御苑。皇城正门承天门外，有石桥与棂星门，再南，御街两侧建长廊，称千步廊，直抵都城的正门丽正门。皇城的东西两侧建有太庙和社稷坛。皇城有前后左右四座门，四角建有角楼。宫城内有以大明殿、延春阁为主的两组宫殿。这两组宫殿的主要建筑都在全城的南北轴线上，其他殿堂则建在这条轴线的两侧，构成左右对称的布局。
大都的宫殿穷极奢侈，使用了许多稀有的贵重材料，如紫檀、楠木和各种色彩的琉璃等。在装饰方面主要宫殿用方柱，涂以红色并绘金龙。墙壁上挂毡毯和毛皮、丝质帷幕等，这是由于他们仍然保持着游牧生活习惯，同时也受到喇嘛教建筑和伊斯兰教建筑的影响。壁画、雕刻也有很多喇嘛教的题材和风格。宫城内还有若干盝顶殿及畏吾尔殿、棕毛殿等，是以往宫殿建筑中所没有的。
宗教建筑 （1）佛教、道教和祠祀建筑
山西洪洞县的广胜寺是元代佛教建筑的重要遗迹。广胜寺分上、下二寺。上寺大部分已经明代重建，下寺基本上是元代的建筑。下寺正殿重建于1309 年，它的梁架结构有两个很大的特点。第一，殿内使用移柱和减柱法以扩大殿堂内部的活动空间柱子分隔的间数少于上部梁架的间数，所以梁架不能直接放在柱上，而是在内柱上置横向的大内额以承载各缝梁架，其内额长达11.5米。第二，使用斜梁，斜梁的下端置于斗拱上，而上端搁于大内额上，其上置檩，节省了一条大梁。这种大胆而灵活的结构方法是元代地方建筑的一个重要特色，也是木结构建筑技术的新发展。
河北曲阳县北岳庙德宁殿和位于广胜下寺旁的水神庙也都是元代建筑的重要作品。水神庙大殿建成于元泰定元年，但其余建筑已经后代重建。大殿为重歇山周围廊，是元朝祠祀建筑大殿的一种典型。殿前庭院很大，供当时公共集会和露天看戏之用。中国戏曲在元代有很大发展，许多公共建筑正对着大殿建造戏台，成为元朝以来祠祀建筑的特有形式。
山西永济县永乐宫是元代道教建筑的典型，也是当时道教全真派的一个重要据点。这一建筑群原来的规模很大，现仅留存中央部分的主要建筑。永乐宫全部建筑均按轴线排列，其中的三清殿体积最大，前面的院落空间也最大；自此往后，殿堂的体积和院落都逐渐缩小，这也是传统建筑的常用手法。三清殿立面各部分比例和谐，稳重而清秀，仍保持宋代建筑的特点。屋顶使用黄绿二色琉璃瓦，台基的处理手法很新颖，是元代建筑中的精品。该殿的梁架结构和上述广胜寺大殿不同，仍遵守宋朝结构的传统，规整有序，可能是元代官式大木结构的一种典型。殿内还绘有极精彩的壁画。这组建筑因位于新建水库范围内，已全部按原状迁建至山西芮城县。
（2）喇嘛教和伊斯兰教建筑
由于元代统治者提倡喇嘛教，因此元代喇嘛教建筑发展得很快。萨迦寺和日喀则的夏鲁万户府是两个典型实例。萨迦寺建于公元十三世纪中叶，分为南北两寺。南寺建在一个平坦的河谷平原上，周围用厚墙围绕成为一个城堡式寺院，大经堂布置在城堡中心，周围是低矮的僧房；北寺建在山上，其中包括萨迦地方政府的办公处。夏鲁万户府建于十四世纪中叶，是一个行政统治据点，也有城墙环绕，夏鲁寺在城中占有三分之一以上的面积。
夏鲁寺的主要建筑是夏鲁杜康，由门廊、经堂和佛殿三部分组成，经堂很大，中部凸起开设天窗，以便采光。大殿前有用围廊环绕的庭院，这种建筑的形制，后代仍然沿用，并发展为“格鲁派”的“札仓”（经学院）的形制。
这一时期内地也兴建了若干喇嘛教建筑，如至元八年由尼泊尔青年匠师阿尼哥设计建造的大都妙应寺白塔就是一个极为重要的遗物。该塔高50.86米，全部砖造，外抹石灰，刷成白色。各部分的比例十分匀称，虽塔身不用雕饰，然而轮廓雄浑，气势磅礴，是喇嘛塔中最杰出的创作。
过街塔是喇嘛教的另一种建筑类型。在北京、桂林、镇江等地的遗物中，以北京北部居庸关内镇的云台最为著名。云台现只存基座，据考证，原来上部有三座喇嘛塔。在云台的券石上和券洞的内壁，刻有天神、金翅鸟、龙、云等喇嘛教纹样及六种文字的经文。这些雕刻都是高浮雕，人物的姿态和神情都很雄劲，各种图案有着生动跳跃的热烈气氛，与汉族传统风格不同，是元代雕刻中的优秀作品。
元代伊斯兰教建筑部分采用中亚的形式，如新疆霍城的吐虎鲁克玛札，建于公元十四世纪，矩形平面，穹窿顶，大门镶嵌白、紫、蓝色琉璃砖。元以降，新疆地区伊斯兰教建筑仍旧继承着这种形式并结合地方传统加以发展。另外，从元代起，已经出现了以汉族传统建筑布局和结构体系为基础，结合伊斯兰教特有的功能要求，而创造出来的中国的伊斯兰教建筑形式。现存明代初年建造的北京、杭州、西安等地的清真寺，无论整体布局或单座建筑的处理，都已相当完整成熟，不难推测这种新型建筑在元代已经形成。
水 利
运河 隋朝开凿的南北大运河，经唐、宋六百多年的变迁，已有很大变化。隋唐运河以洛阳为中心，北宋以大梁（今开封市）为中心。元代由于开凿了通惠河、会通河和济州河，使南北大运河不再绕道洛阳、开封，大致成了直线，缩短了许多路程。这条运河虽然在元代未能发挥很大作用，但却为明朝改造南北大运河奠定了基础。
济州河从任城（今济南市）开始，到安山（今山东梁山北）为止。至元十九年（1282）十二月动工，第二年八月完成。
会通河从安山开始，至临清为止，全长二百多里。至元二十六年（1289）正月动工，至六月十八日完成，历时仅四个月。由于工期短促，工程质量较差，河道开得浅窄，木闸也不牢固，第二年便闸坏河淤，不能通航。于是又派人疏浚，把木闸改为石闸。
通惠河从通州（今北京市通县）开始至大都（今北京）瓮山泊（今昆明湖）止，这是通航段。引水段则起自昌平白浮村，终于瓮山泊。全长164里104步。工程的勘测、设计和施工，由元朝著名科学家郭守敬主持。至元二十九年（1292）春开工，至元三十年秋竣工。至此，京杭大运河全部建成，全长1700多公里，比隋朝的南北大运河缩短了1000公里。
治河 元代建都大都，离黄河较远，对河患长期采取消极的态度。直到黄河威胁大运河的安全时，才不得不采取整治措施。在元代各次治河活动中，最著名的是贾鲁治河。这次治河工程浩大，成效显著，对后世影响也较大。
至正十一年（1351）四月，命贾鲁为总治河防使，发汴梁、大名等十三路民工15万人，庐州等戍十八翼军2万人投入治河。先疏浚黄河故道，再堵白茅决口。经过7个月的治理，十一月白茅决口堵塞成功，河复故道，南汇于淮，东流入海。这次治河的经过、方法和经验，被欧阳玄详细地记入《至正河防记》中。欧阳玄以前，治河文献不载治河方法，欧阳玄首倡记载治河方法，使后世治河者能从中得到借鉴。
元代还有沙克什的《河防通议》2 卷，讲治河的六个问题：河议、制度、物料、功程、运输、算法。是一本水利工程专著，有很高的实用价值。它是在沈立《河防通议》（汴本）、建炎二年（1128）周俊《河事集》、金代都水监编的《河防通议》（监本）这三种著作的基础上整理改编而成，是宋、金、元三代治河经验的总结。
元代王喜编《治河图略》1卷，也很有特色。它以图为主，附有图说。叙述历代黄河河道的变迁及治理。“治河方略”、“历代决河总论”两篇，陈述了编者的治河见解。
农田水利 元朝的农田水利有一定程度的发展。中统元年（1260）在谭澄主持下，重修引沁灌区工程中的唐温渠。第二年由王允中、杨端仁主持，又在沁水下游修建广济渠，渠长677里，经济源、河内、河阳、温、武陟5县，“浇溉近山田土，居民深得其利”，浇灌民田三千余顷。至元三年（1266）郑鼎主持“导汾水，溉民田千余顷”，缓解了当地“地狭人众，常乏食”的困难局面。元末李好文的《长安志图》“泾渠图说”，是记载引泾灌区的专著，记载了元代延祐五年（1318）至至正四年（1344）这26年间泾水与石川河之间的水利灌溉渠道现状和元以前的渠道遗迹。王祯《农书》则记载了元代江南地区各种农田水利工程及灌溉提水工具。如水渠、陂塘、堤堰、水栅、水闸、石笼、涵窦、阴沟、渡漕、水井等。工具有人力翻车、牛转翻车、水转翻车、筒车等。任仁发的《浙西水利议答录》10卷，阐述了他提出的治理太湖的理论。主要论点是三个： （1）研究太湖水性；（2）三法（疏、堤、闸）并重； （3）通行管领，一体整治。
造 船 与 航 海
由于内河客货运量的增加和沿海新航线的开辟，在宋代造船技术和航海技术全面进步的基础上，元代造船业和航海业获得了高速的发展，形成了中国造船史和航海史上空前繁荣的鼎盛时期。
元代的造船能力是很高的。如每年仅战船即可建造5000 艘。据《马可波罗游记》记载，当时在武昌每年沿长江上下行的船只不下20万艘，行泉府司管辖的海船达15000艘。这些给人以深刻印象的数字从一个侧面突出地反映了元代造船业的发达。除国内贸易和漕运外，中国商船还完全承担了东南亚和西亚一些国家和地区的外贸运输工作，甚至出现了许多外国客商只乘中国海船的局面。
元代造船不仅数量大、种类多、性能好，而且具备了建造大型以至巨型船舶的能力。《元海运志》称：“延祐（1314）以来，如造海船，大者八九千，小者二千余石，岁运粮三百六十万石。”这种大型海船载重量已达1200吨。阿拉伯旅行家伊本·拔图塔在南洋见到的中国船，其大者有12帆，帆以竹片制成，形如织席，每艘船上有水手600人，兵士400人，且有随行供应船三艘。马可·波罗在他的《游记》中谈到元代海船的构造时说，泉州所造的大型海船，船身用枞木或松木制造，甲板上有舱房60间左右，船尾有一舵，船上有四根桅杆，其中二桅可随意竖倒。甲板下的船舱用厚木板隔开，分成13间货舱，隔舱板与船壳牢固地钉合在一起。这种水密隔舱结构既便于货物管理，又可加固船体，尤其是当个别船舱破损进水时，可及时修补或继续航行而不致全船沉没，从而提高了船舶的抗沉性能，使人员和货物的航行安全得到了进一步的保证。
自宋代发明指南针以后，水罗盘很快便成为航海中普遍使用的最主要的导航仪器。根据指南针的针位确定的航线就是“针路”，详细记述针路的专书或记录本，称为“针经”、“针谱”或“罗经针簿”。针经一般都记明开船地点、航向、航程和抵达港口等内容，有些还载有浅滩、礁石、暗礁、水草、沙洲等海上各种危险物的情况。现存最早记有罗经针位的著作是元代周达观的《真腊风土记》。如该书提到他出使柬埔寨时“自温州开洋，行丁未针，历闽广海外诸洲港口，……又自真蒲行坤申针，过昆仑洋入海”。十四世纪成书的《元海运记》也明确指出“惟凭针位定向航船”。根据针经确定航线是元代在航海技术方面的一项重要成就，并进而导致更加简明和科学的航海图的出现。
元代在航海技术上的另一项进步是通过观测恒星的高度来确定船舶在大海中的方位。这种航海天文学方法叫做牵星术，所用工具是牵星板。牵星板是一副十二块大小递减的正方形木板，最小的边长约2 厘米，最大的边长约22厘米。另有一个四角刻有缺口的方形小象牙板。两者配合使用，就可以测得所见恒星（如北极星）距离海平面的高度，再算出船舶所在地的地理纬度。意大利旅行家马可·波罗在游记中记载了他搭乘我国海船经南海回国的情况，其中说到航船由马六甲海峡进入印度洋后，便有北极星高度的记载，说明当时我国船工可能已掌握了牵星术。明代的李诩《戒庵老人笔记》、《郑和航海图》中所收《过洋牵星图》等，比较详细地记述了牵星术、牵星板及其使用方法。
兵 器
元代的冷兵器，以弓矢为主。在对外族的战争中，元军不断吸取其他民族的兵器的特长，因此，元代冷兵器种类、形制复杂，质地精良。单就蒙古兵而论，蒙古以骑兵为主，恃弓力强、带箭多取胜，长短兵器则有可刺、可掷的标枪和近战用的刀、斧、剑等。蒙古人也很注意发展抛石机，成立了专门的“炮军”，攻城时大量集中使用。如公元1236 年，攻金凤翔城时，仅打城的一角，就使用抛石机四百座。公元1273年元军攻襄阳，用西域人亦思马音所造的抛石机，发射一百五十斤重的石弹，《元史》描述它的威力说，“机发，声震天地，所击无不摧陷，入地七尺”。后来人们称这炮为回回炮（亦称襄阳炮或西域炮）。回回炮比以前的抛石机有很大改进，它能抛射一百斤以上的石弹而不用人拉绳子，这对抛石机来说，是一项重大革新。襄阳战后，宋人也仿造回回炮。宋亡后，元世祖忽必烈下令搜罗两淮能造回回炮的新附军六百人和蒙汉人到京师，除大量制造回回炮外，还造有十五梢、九梢、七梢、五梢、三梢等抛石机。另外，蒙古人灭金以后，也开始造弩，据《元史》记载，有神臂弩、折叠弩、神风弩等类，其形制不可考，据说神风弩可射八百余步，类似宋代的床弩。
元代的火器，在宋代的基础上，续有发展。蒙古人有火器，大约是在公元1211 年到1215年之间，在几次对金作战和占领金中都（今北京）的过程中，掳获了金人的火药、火器和制造火器的工匠，从此开始了火器的生产和使用。如公元 1218年至1224年成吉思汗西征时，蒙古兵曾使用毒火罐、火箭、火炮等；公元1232年蒙古兵围攻金南京（今开封）及公元1233年进攻蔡州时，都曾使用火器。灭金以后，又获得金人制造震天雷的技术，公元1258年蒙古兵攻报答（巴格达）时，曾使用“铁瓶”，可能就是震天雷之类的爆炸性火器。公元 1274年和1281年，元兵两次征日本，均曾使用铁火炮。到十四世纪初，元人在南宋发明的突火枪和火筒的基础上，进一步制成了金属管形火器。中国历史博物馆珍藏有元至顺三年（1332）制造的一具铜火铳，长35.3厘米，口径10.5厘米，重6.94公斤。这具铜炮是世界上已经发现的最早的管形火器，它比欧洲现存的最古老的火铳要早约半个世纪。到十四世纪中叶，在全国农民大起推翻元帝国统治的战争中，金属管形火器已普遍应用，并已使用铁弹丸。如公元 1335年，焦玉向朱元璋献火龙枪数十件；公元1359年，朱元璋与张士诚部战于绍兴，双方均使用火筒；公元1366年，徐达曾使用大量火铳攻打平江（今苏州）。金属管形火器的出现，是兵器发展史上的一项重大突破，从此火器开始从根本上代替冷兵器，并向近代枪炮方向发展。
火药和火器的发明对于世界文明的进程产生了不可估量的影响。在十三世纪上半叶，蒙古军多次抵达西亚、波斯等地，在交战中，阿拉伯人得悉火箭、毒火罐、火炮、震天雷等新型火器，进而掌握了火器的制造与使用。欧洲人则是从和阿拉伯人作战中学会制造火药和火器的。例如英、法等国是在十四世纪中叶，才开始有了关于使用火药和火器的记载。恩格斯指出：“现在已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”并说：“火药和火器的采用决不是一种暴力行为，而是一种工业的，也就是经济的进步。”
石油天然气
在五代至两宋时期的石油天然气开发利用空前繁荣的基础上，元代又有新的进步。但由于这一时期战事频繁，在一定程度上限制了石油天然气开发利用水平的提高。
陕北延长是我国古代油苗记载最丰富的地区，元代在这里诞生了我国历史上最早的采油井。《元一统志》记载：“延长县南迎河有凿开石油一井，其油可燃……岁纳壹百壹拾斤。”在延长附近延川县“西北八十里永平村有一井，岁办四百斤，入路之延丰库”。此外“石油在宜君县西二十里姚曲村石井中，汲水澄而取之”。这些记载说明，陕北的延长、延川、宜君等地至少在元代就有石油井，并担负朝廷的“岁纳”任务。在此之前，人们所取的油苗，一般来源于天然油苗，而开凿油井采油，则以此为肇端。这是中国从简单采集油苗阶段进入到有意识凿井采油时期的标志，说明当时人们已认识到石油具有很高的经济价值，并且已掌握石油地质储藏的基本知识。这在石油开发史上是一次质的飞跃。
在成吉思汗建立蒙古政权后的大规模军事行动中，石油成为蒙古军队的有力攻战武器。如蒙古兵攻打花剌子模都城兀笼格未（乌尔坚奇，keursandje），久攻不下，于是在窝阔台指挥下，利用石油放火焚烧，终于攻入城内。在后来的战争中，蒙古兵屡用石油焚烧城池房屋，使他们得以迅速攻城掠地。另一方面，由于连年战事，生产受到很大破坏，原来广布四川境内的盐井、气井这时所剩无几。如四川境内盐产地在五代和两宋时期近五十个，元代已下降到十六个，广汉（内江），陵州等盛产盐之地区，已无盐业生产，同时四川天然气生产也趋于消亡。此外，元代的匠籍制度对手工业者，有种种限制和歧视，也成为提高石油天然气开发利用水平的障碍。