明代是兵器制造技术大发展的时期。明朝统治者非常重视兵器，特别是火器的生产、研制和应用，并用以装备军队。如明成祖创建的神机营，与当时五军营、三千营合称京军三大营，内卫京师，外备征战，就是一支完全用火枪火炮装备起来的机动部队。
明代的火器，不仅种类繁多，质量也不断提高。其中尤以管形火器发展很快，如由简单的火铳发展到各种类型的火枪和巨炮，由单管单发发展到多管连发，还创制或改进了较先进的枪炮瞄准装置和击发装置等。管形火器取得发展后，逐渐取代了一部分传统的抛石机和弓弩，使冷兵器和火器在军队装备中的比例开始发生带有根本性的变化。另一方面，由于当时火器的结构和性能还不完善，制造能力也很有限，不足以完全取代冷兵器，因此明代的冷兵器也有所进展，出现了一些新的创造发明。
明初的管形火器，通常称做枪、铳、炮，爆炸性火器也常常称做炮，在名称上并没有严格的区分。有些大型火炮，还尊称将军，如大将军、二将军、夺门将军等。管形火器一般由铁或铜铸成圆筒形，口径较大，身管较短，火药由炮口装填，用火绳发火，发射石弹、铅弹和箭等。这时的火器还存在很多缺点，如装填及发射缓慢费时，且射程不远；体形笨重，不便于机动作战；没有刺刀之类的装置，火器手缺少近战和自卫能力；没有瞄准装置，命中率很低等。为了克服这些缺点，明中叶以后，一些火器研制家曾对这类火器做过许多改进。如英宗正统十四年（1449）造两头铳，可旋转连放，后来又创制出夹把铳、二眼铳至十眼铳等多管或多节铳。这类新型火铳可以单放、齐放或连放，部分地解决了装填及射击速度慢的问题。代宗景泰元年（1450），根据辽东戍军的建议，曾将手把铳的木柄，增长为七尺，并安上矛头，这样在手铳施放后可用以与敌进行格斗。后来还制有子母铳、剑枪、铳棍等。这种使火器和冷兵器相结合的设计，加强了士兵在短兵相搏时的主动性和自卫手段。嘉靖二十五年（1546）曾制造一种百出先锋炮，上面有锐锋，如戈形，长六寸，亦可像冷兵器的铁枪一样使用。上面提到的手把铳、子母铳、百出先锋炮等，可说是近代安装制式枪刺的先声。为了减轻重量，以利于野战，景泰四年（1453）曾将永乐时造的三十四斤大铳，改为重八斤的小铳，嘉靖时又造出一种千里铳，平时悬挂于腰间，遇敌举手可放，更为轻便。另外，明中叶以后，部分火炮的炮弹，已由实心弹改进为爆炸弹，《武备志》所载八面旋风吐雾轰雷炮、飞濛炮、龙云霹雳猛火炮、毒雾神烟炮等，都是发射爆炸弹，以炮弹的碎片或喷出的毒火、毒烟杀伤敌人，大大提高了火炮的威力。
自十六世纪以后，中国的各种火器，不仅在原有基础上继续发展，而且传入了一些外国火器，并经过仿制和创新，丰富了中国火器的品种，改进了火器的效能。明代由外国传入的火器中，具有较大影响的是佛郎机炮和鸟嘴铳。“佛郎机”是当时对欧洲人的泛称。正德十二年（1517）葡萄牙使臣乘舰船到达广州，明朝官员在葡船上初次见到佛郎机炮。嘉靖元年（1522），五艘葡萄牙舰船停泊珠江口外并侵犯广东新会。经过激战，中方获胜，缴获舰炮二十余门，于是佛郎机炮“始得而传之”，“其铳以铁为之，长五六尺，巨腹长颈，腹有长孔。以小铳五个，轮流贮药，安入腹中放之。铳外又以铁箍，以防决裂。海船舷下，每边置四五个，于船舱内暗放之”。《明史》记载：“白沙巡检何儒得其制，以铜为之，长五六尺，大者重千余斤，小者百五十斤，巨腹长颈，腹有修孔。以子铳五枚，贮药置腹中，发及百余丈，最利水战。驾以蜈蚣船，所击辄糜碎。”这种炮具有装填便利、发射速度快和装有瞄准具等优点，其构造与性能确实要比明朝原有火炮先进。嘉靖二年（1523），明朝由何儒负责在南京仿制成功佛郎机炮，此后，其他管形火器也陆续鉴此作了改进。鸟铳亦称鸟嘴铳，是一种用火绳点火发射弹丸的单兵枪。嘉靖二十七年（1548）在东南沿海平倭寇的战斗中缴获了经日本改进的鸟铳，并仿制成功。《武备志》论述鸟铳与过去火铳不同的地方是，侵彻力强，命中精度好。它的缺点是，用火绳发火，遇风雨不便使用，又没有刺刀，“执空铳与敌角必无辜”。神宗万历二十六年（1598），赵士祯仿制的噜密铳也是一种单管火绳枪，但较鸟铳又有进步，除枪体轻便和改进了发火装置外，铳尾部还装有钢刃，近战可作斩马刀用。赵士祯，字常吉，号后湖，浙江乐清人，约生于嘉靖三十一年（1552），约卒于万历三十九年（1611），曾任鸿胪寺主簿，中书舍人，是明代著名的火器研制家，撰有《神器谱》，《续神器谱》、《神器谱或问》等。他不仅研究、仿制而且创造了不少火器，如掣电铳和迅雷铳，均能连续发射，迅雷铳已近似近代多管式机关枪。此外，在十七世纪初还对鸟铳加以改进，创制了燧石枪。毕懋康在其所著《军器图说》中将燧石枪称为自生火铳。据说这种枪的优点在于“风雨不飘湿，缓急皆可应手”。天启至崇祯年间，徐光启、李之藻、孙元化和焦勖等，积极学习和仿效西方火器理论和技术，聘请西方技术人员和工匠来华工作，培养中国铸炮工匠，因而提高了研制西方火器的主动性、自觉性和科学性，并仿制出红夷炮等威力强大的火器。焦勖《火攻挈要》、孙元化《西法神机》、毕懋康《军器图说》等都是较全面介绍西方火器科学技术并在明末清初的火器制造方面产生很大影响的重要著作。
在管形火器发展的同时，明代其他火器，也有很大进步，出现了许多杰出的发明创造。这一方面值得特别提出的是火箭的发展已经达到相当高的水平。宋元火箭，是把火药包扎起来，捆绑在箭杆上，点燃后用弓弩射出去。这种火箭主要是利用火药燃烧作用。后来，人们进一步认识到火药燃气向后喷射的反冲力，可以推动物体前进，于是应用这个原理造成了一些新型火箭。在明代，不仅弓弩火药箭有所改进，而且利用喷射作用的火箭也有了更大的发展。茅元仪《武备志》等明代的文献对此有很多精彩的记述。茅元仪，字止生，号石民，浙江归安（今湖州市）人，约生于隆庆四年（1570），卒于崇祯十年（1637），曾任广西兵备佥事，北直隶大名兵备副使，吏部主事等官职，博学多才，文武兼备，是晚明时期一位杰出的军事将领和火器专家。所著《武备志》二百四十卷，引历代兵书两千余种，其中《军资乘》火攻篇《火器图说》，系统总结了中国的火药、火器技术，可以说是关于中国火药火器的集大成之作。根据《武备志》和其他一些文献记载，明代的火箭主要有以下几方面的成就：
1.火箭的式样增多。它的箭头不只是普通的箭头形状，更有刀形箭头、枪形箭头、剑形箭头、燕尾形箭头等，名为飞刀箭、飞枪箭、飞剑箭及燕尾箭等。
2.同时发出的箭数增多。《续文献通考》引《明会典》提到，明初兵仗局曾造“一窝蜂”、“神机箭”。《明史稿》载：“天顺八年（1464），延绥参将房能言麓川破敌，用火器曰九龙筒，一线然则九箭齐发。”《武备志》载：“木桶箭贮神机箭三十二枚，名曰一窝蜂”，可射三百步，“总线一燃，众矢齐发。势若雷霆之击，莫敢当其锋者”。
3.二级火箭的雏形。《武备志》卷一二九载有一种叫做 “飞空砂筒”的武器，“飞空砂筒制度不一”，一般用河内流出细沙，亦可用特制的石砂。“每斗用药一升，炒过听用。铳用薄竹片为身。外起火二筒，交口颠倒缚之。……前筒口向后，后筒口向前，为来去之法。前用爆竹一个，长七寸，径七分，置前筒头上，药透于起火筒内。外用夹纸三五层作圈，连起火粘为一处。爆竹外圈装前制过砂，封糊严密。顶上用薄倒须枪。如在陆地不用。放时先点向前起火，用大茅竹作溜子，照敌放去。刺彼篷上，彼必齐救，信至爆烈，砂落伤目无救。向后起火发动，退回本营。敌人莫识。”这可说是一种返回式火箭。尽管它实际上还不可能有理想的返回效果，但在设计思想和技术实践上已经是一种二级火箭了。《武备志》还载有一种叫做“火龙出水”的火箭。其构造是用毛竹制成箭筒，作为龙身，前后安装木雕的龙首龙尾。龙腹内装有数支神机火箭，身外缚有四支起飞用的火箭筒。外缚火箭筒点燃后，推动火龙出水飞行，然后引燃腹内火线，再发射神机火箭，飞向目标。这也是一种二级火箭。二级火箭的创制，是我国明代火箭技术一大成就，也是现代多级火箭的先声。
4.导弹的雏形。施永图《武备心略》上记载了一种震天飞炮的火器：“其炮径三寸五分，用篾编造。中用纸捍一筒，长三寸，内装送药。筒上安发药，神烟药线接着送药。外以纸糊十数层，两旁插凤翅两扇。顺风点信，飞入贼营，药发乱击，身焦目瞎”，“其腹藏棱角数枚，一炮角发，钉人身上。其尖上加蘸虎药”。同书所载的“神火飞鸦”：“用蔑为之，照今人清明时所放纸鹞之式，或八角、或圆、或鹞，中藏毒火毒烟等。下系四支火箭。药信上结线香一段，香尽信燃，线断鹞落，火焰齐发。烧营焚船之妙着。”《火龙神器阵法》，《武备志》上也有类似的记载，《武备志》称之为“飞空击贼震天雷炮”。就设法控制飞行方向和飞行稳定性而言，这也许可说是导弹的雏形。
5.航空的尝试。美国科学家齐姆（H.S.Zim）在所著《火箭与喷射》（Rockets and Jets）一书中，记述了一个重要的发明故事：“约当十四世纪之末，有一位中国的官吏名叫万户（WanHoo，可能是官名，外国人误为人名），他在一个坐椅的背后，装上四十七个当时他可能买到的最大的火箭。他把自己捆在椅子的前边，两只手各拿着一个大风筝，然后叫他的仆人用火同时把这四十七个大火箭点着。他的目的是想借着火箭向前推进的力量，加上风筝上升的力量飞向前方。”试验结果当然是失败了。但是这位万户的想法是很先进的，可以说与现代喷气式飞机的飞行、航天飞机和宇宙飞船的升空在原理上是一致的。所以齐姆称他是“第一个企图使用火箭作运输工具的人”，又称他是“第一次企图利用火箭作飞行的人”。万户是最早甘冒风险，敢于为人类航空航天事业献身的先驱者，是一位可敬的英雄。为了纪念他，现代科学家已用“万户”命名了月球背面的一个环形山。
明代还创制了地雷、水雷和定时炸弹等新型的爆炸性火器。如嘉靖年间（1522 —1566），曾铣发明了一种能自动爆炸的地雷。《渊鉴类函》引《兵略纂闻》：“曾铣在边又制地雷，穴地丈许，柜药于中，以石满覆，更覆以砂，令与地平。伏火于下，可以经日。系其发机于地面。过着蹴机，则火坠药发，石飞坠杀人。敌惊以为神。”此后又相继发明了各种样式的地雷，如《武备志》中就载有炸炮、自犯炮、伏地冲天雷、无敌地雷炮、万弹地雷炮等十多种。其中无敌地雷炮用生铁铸造，形如圆球，大者可装火药三至五斗，用坚木封住雷口，并用竹竿由雷中引出火线，埋设于敌方必经之路。待敌进入雷区时，即点燃火线，将地雷引爆，借以杀伤敌人。炸炮是用生铁铸造的踏发式地雷，大小如碗，还附有一种自动的钢轮发火装置。曾铣在西北守边，戚继光蓟镇练兵和守卫长城，都曾大量使用地雷。《熹宗实录》载：天启二年（1622）六月，辽东经略王在晋，“摆设空营大炮，最称便捷。不用火然药线。虏马触机，火即喷爇，贼不及避”。在防御和作战中，巧妙地使用地雷，可收到很好的效果。
万历时的水底龙王炮，是一种用熟铁为壳，定时爆炸的球形水雷。重四至六斤，内装火药五至十升。雷口插有信香、外壳包有牛脬制成的浮囊，并用羊肠作为通气管通向水面浮筏，以防信香窒灭。施用时在水中顺流漂放，待接触敌船，信香燃尽后自行引爆。宋应星《天工开物·佳兵》载：“混江龙：漆固皮囊裹炮，沉于水底。岸上带索引机。囊中悬吊火石、火镰。索机一动，其中自发。敌舟行过，遇之则败。”明代发明的这类能自动爆炸的水雷，如“混江龙”，宋应星评论说：“然此终痴物也”，在实际作战中，恐未得到广泛的运用。
《渊鉴类函》引《兵略纂闻》：“曾铣在边，置慢炮法。炮圆如斗，中藏机巧，火线至一二时才发，外以五彩饰之。敌拾得者，骇为异物，聚观传玩者墙拥。须臾药发，死伤甚众。”《续通典》也有同样的记载。这是曾铣发明的一种巧妙的也是最早的定时炸弹。
由于火器的发展，明代军队如水兵营、步兵营、骑兵营、车营等都加强了火器的配备，抛石机等逐渐被管形火器所取代，但总的来说，冷兵器仍占相当大的比重，并且无论射远或近战，还是格斗或护体所用的兵器，都有一定程度的进步。如长兵器中，枪和长柄刀的形制较宋代简化，更加轻便适用。另外，还创制了许多杂式长兵器，如镋钯、马叉、狼筅等。短兵器中的刀，有些在形制上吸取了日本刀的优点，并按步兵、骑兵、刀牌手的特点和战斗要求加以改进，制成各种长刀、短刀和腰刀等。明代的防卫武器，也有所改进与发展，如铠甲改为棉制，减轻了士卒的负荷，盾牌除与长、短兵器并用的以外，还发明了一些能与火器并用的，如虎头火牌、无敌神牌等大型盾牌，用来掩护施放火铳和火箭。此外，自明英宗正统十二年（1447），总兵朱冕创议用“火车备战”以后，直到明末，先后曾试造多种多样的战车，如偏厢车、双轮战车、雷火车、木火兽、万全车、火柜攻敌车、塞门架器车等。其中除用于安营时作掩护或堵塞城门缺口者外，主要是火攻战车，车上装有火箭、火铳等火器，初步做到了火力、防护力和机动力三者的结合，展现了陆战武器设计的新方向。但由于当时火器水平有限，物料也不够坚固，人力、畜力推挽的车辆还要受到地形和道路条件的限制，所以这类战车在实战中往往收效不大，还未得到广泛的运用。