秦朝在政治组织方面已经成为后代的模范，以前的封建制度被废除，开始实施郡县制度。全国分成若干郡，再细分为县。郡县的官吏都由中央派遣，以天子为中心的官僚政治遂告成立。汉朝承继，完成了这种政治组织。在学术方面，汉代可说已集古代之大成，在科学方面的成就更是斐然。
在天文学方面，公元104年，汉武帝实行改历，这就是“太初历”。太初历后来曾经一再修订，而成“三统历”。改历的时候，用浑天仪做观测器，测定天体的位置。天文学家在官僚组织中也占有一席之地，同时确立了国家天文台的组织，这种组织一直持续到后代。
在中国的天文学中，“历”的计算是最重要的研究对象，但是，国家天文台为了占卜国家的命运，热心地观察天体现象。汉时也曾一再讨论类似宇宙构造论的天文学说。天文学说中最重要的是“浑天说”跟“盖天说”。“浑天说”认为，负载天体的天球中心是大地。“盖天说”则认为，天和地是互相平行的平面或曲面。
在数学方面，《九章算术》完成于汉代。这部数学书共分九章，是中国古典数学书中最具代表性的。问题的复杂及其程度之高，极其惊人。其中有一次的联立方程式及二元一次方程式的解法。在计算过程中，有正数也有负数。此外还有立体的面积与体积的计算。就计算技术而言，比同时代的希腊远为优秀。
在《九章算术》中，还用毕氏定理来计算直角三角形。但是，毕氏定理的证明却付诸阙如。欧几里得几何学是从几何学图形的定义及一般承认的公理去证明定理。这种逻辑推演是中国数学所没有的。《墨子》所显现的逻辑学失传后，中国数学的推理也深受影响。《九章算术》虽然有优异的计算技术，但是缺乏几何学。这种现象一直延续到后代。
在医学方面，有《黄帝内经》跟《伤寒论》，两书都是中国医学的代表性著作。《黄帝内经》，作者不明，著成时代也不清楚，大概是前汉的时候编纂的，此书是基础医学（即生理学与病理学）的代表性著述，分《素问》跟《灵枢》两部分。《灵枢》记述针灸甚详。
《伤寒论》是后汉张机所编，张机字仲景，以字名于世。当时，带有高热的流行病到处蔓延，仲景家族亡者甚多。这本书不止有益于流行病的治疗，也有助于一般疾病的治疗，因而成为临床医学的宝典。《伤寒论》认为，疾病是外在的邪气侵入体内而引起的，因而按其侵入体内的状态，把病状分为六种。从这六种病状可看出脉搏与身体表面所显现的症状。对于治疗这些症状的药物及其调配，《伤寒论》有详细的记载。
现代医学大抵是先调查器官的状况，而后针对有问题的器官施予治疗。中国医学的特色是观察整体的症状，而后进行综合性的判断与治疗。这种把人当作一个有机体的优异见解，实在可供把人当作一种机器的现代医学做参考。
《伤寒论》把人体跟症状都分为阴阳，是从二元论的立场立论的。《黄帝内经》则采纳五行说，创制了相当繁琐的理论。在对后世的影响方面，《伤寒论》远过于《黄帝内经》。
就汉代的著名医生而言，前汉有仓公，后汉有华佗。华佗擅长外科手术，据记载说，他是使用麻醉剂之后再进行切开手术的。这麻醉剂被称为“麻沸散”，其成分为何，不详。有人认为也许是用大麻做麻醉剂的。
