依靠灌溉技术和农业技术的农耕文明的兴起，城市文明在世界各地的纷纷涌现，这标志着技术史和人类的一切活动正在发生一次意义深远、不可逆转的大转折。伴随着文明的兴起，陆陆续续出现了一系列新技术，各个文明古国相继由新石器时代进入青铜时代，进而步入铁器时代。金属制造涉及一整套复杂的技术，如采矿、熔炼、锻打或铸造，直至得到有用的工具和器物。冶炼金属还要用到熔炉和风箱，需要把温度升至1100 ℃。此外，制造金属所需要的添加物（例如，制造青铜用的锡），还可能要从遥远的地方运来。由此， 日渐发达的贸易和广泛的经济活动成为早期文明最突出的特征。职业专门化和明确的劳动分工，从一开始便是文明生活的特点，手工艺生产不再是偶尔从事的活动和一家一户的事情，而成为专门的行业。从事手工艺生产的人，主要就靠他们的技艺来换取自己的日常生活必需品。早期的城市中还划出一定的“工业”区，显然是为了把某些行业和相应的工匠集中起来进行生产。
四大文明古国都创造了自己的文字，都有自己的基于天文观测的历法；在各自的文明中，全都产生过某种形式的算术、几何学和天文学。早期文明的一个重要特征，是较高学问——书写、记录、文学和科学——的复杂化和制度化。知识在首批文明中的产生是出于功利的需要，为了进行记录、政治统治、经济交易、历法改进、建筑和工程企划、农业管理、医疗、宗教和占星预测。因为较高的学问在很大程度上偏重于有用的知识及其应用，所以，在社会学意义上，应用科学的出现要早于后来在希腊诞生的纯科学或者说抽象理论研究。
在早期文明中，国家和寺庙当局都鼓励有学问的书写人掌握知识和应用知识；早期的国家全都设立有一些官位和一套文职机构，这些官员或文职人员在一定程度上也探讨有关数学和自然界的知识。美索不达米亚那些城邦都有为数不少的官方机构，养着有学问的臣仆、宫廷占星家和专职历算家。同样，古埃及也有一个集中了各类专门人才的机构和场所，设置了一个缮写班子和学问中心，主要任务是处理有关宗教典制、传统惯例方面的事宜，但其中也囊括了不少法术、医学、天文学、数学等知识以及其他五花八门的学问。另外，古埃及还建有档案馆和寺院图书馆，其中某些保留下来的文献还提到了古埃及的大学者，以及其他一些不同等级的宫廷医师、法术师和有学问的祭司。总之，在早期的任何一种文明中，国家和寺庙当局总是支持那些有着实际用途的学问，把它们用来维持国家和国家的农业经济。
早期文明的科学传统有一个基本特点，即人们把知识一条一条地记录下来，从不加以系统分析，把它们概括为定理。早期文明中的科学，缺少抽象性或者说普遍化，没有任何自然主义的理论，也就是说，没有像后来古希腊人所做的那样，把追求知识本身当作目的。[6]
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