天文
西汉由于农业生产的发展和谶纬神学的流行，对观测星象很重视。长安建有很高的观象台，天文郎昼夜不停地观察天象的变化，如实地及时记录下来，为天文学积累了大量资料。《汉书·天文志》就有关于流星雨、客星（恒星明亮突变现象）的记录和太阳黑子的两次记载。一次是元帝永光元年（前43年）四月所记黑子的情形是“日黑居仄，大如弹丸”；另一次是成帝河平元年（前28年）所记黑子的形状为“日出黄，有黑气大如钱，居日中央”。这是世界公认的关于太阳黑子的最早记录，比欧洲早900年，伽利略在1610年方看到黑子。 [195]
马王堆三号汉墓出土的帛书《五星占》中，记载了秦汉之际五大行星的运行规律，为中国现存最早的星表实物。武帝时落下闳、宣帝时耿寿昌等人曾创造了早期的浑天仪，用来观察天象，表明西汉时的天文学已达到相当高的水平。 [195]
历法
西汉的历法成就较大。汉初，使用秦时的《颛顼历》，以十月为岁首。到西汉中期，《颛顼历》出现了“朔晦月见，弦望满亏”的现象，不精确。于是汉武帝命司马迁、落下闳、邓平和唐都等改订历法，于太初元年（前104年）编成了新历，这就是有名的《太初历》，以正月为岁首，第一次把24节气订入历法，并可预知日食，校正朔望，指导农时，是中国历法史上的一次重大改革。汉成帝时，刘歆又依据《太初历》制成《三统历》，规定一年为
日，一个月为
，19年置7个闰月。《三统历》是比较精密的历法。 [196]
数学
《周髀算经》是中国《算经十书》之一。大约成书于西政中期，主要阐明当时的盖天说和四分历法，在数学方面，它使用复杂的分数算法和开平方法，并最早利用勾股定理，还提出“一周三”的圆周率，为中国现存最早的数学名着。 [196]
《九章算术》是《算经十书》中最重要的一种。它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系，是一部具有里程碑意义的历史着作。 [199]作者不详。西汉早期着名数学家张苍、耿寿昌等对它进行过增补删订。全书分9章，246个例题。其内容包括方田，粟米、衰分、少广、商功，均输，盈不足，方程，勾股等九个章节，系统地总结了中国从先秦到汉代的数学成就。其中负数，分数计算，联立一次方程解法等都是具有世界意义的数学成就。上述成就比印度早八百年，比欧洲早一千余年。此书于隋、唐时传入朝鲜和日本，被定为教科书，现已译成英、日、俄等国文字。 [200]
通过《九章算术》和《周髀算经》这两部书，可知西汉中后期的数学成就已经很高了。 [198]
农学
泛胜之是西汉着名农学家，曾以轻车使者的名义在关中平原提倡种麦，获得丰收。他所撰的《泛胜之十八篇》被后世统称为《泛胜之书》。该书总结了关中一带农民耕作的经验，其中最突出的是区田法（区读音ou，即点种法）和浸种法（在种子上粘上一层粪壳作为种肥）。此外还有耕田法、种麦法、种瓜法、穗选法、调节稻田水温法等。发展了战国以来的农学，反映了当时农业生产的技术水平。 [196]
医学
西汉时期医学有很大发展，建立了较完整的中医学体系。当时的医学理论尽管有阴阳五行的外衣，但对生理现象、病理现象和治疗方法的解释，则包含着辩证观点。《黄帝内经》和《难经》是西汉医学理论的代表作。《黄帝内经》包括《素问》《灵枢》两部分，《素问》阐述病理现象和治疗原则，《灵枢》记述了针灸法。《难经》是讲述经脉、腑脏、针法及处方的专着。当时着名医家淳于意，医术甚精，还注意把病人情况和治疗过程记录下来，为中国最早的“病历”创始人。 [196]
西汉时，尸体的防腐技术很高。据《后汉书·刘盆子传》记载，赤眉军在长安发掘了皇室陵墓，发现历200余年的吕后尸体“凡有玉匣殓者率皆如生”。1972年和1975年考古工作者在长沙马王堆发现的女尸和江陵凤凰山发现的男尸，在地下保存2000多年，尸体基本完好，这可以说明西汉时防腐技术已相当先进。 [197]
造纸
西汉时发明造纸术。1933年在新疆、1976年甘肃地区的汉代烽寨中，1978年在陕西扶风县的西汉窖藏中出土现了汉宜布时的麻纸片。1986年在甘肃天水放马滩汉墓中出土了西汉早期的纸，绘有地图，纸薄而的，纸面平整光滑，说明当时造纸技术已到相当水平。纸的发明是中国对人类文明的巨大贡献。
艺术
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绘画
西汉时期的美术起点是战国时代美术的水平，生活是直接描写的对象，开始逐步发展写实的风格，而这也是古代美术发展的新的起点。艺术的认识生活的作用，在范围上和方法上，都因汉代美术的发展