宋朝的通才科學家如沈括和蘇頌代表了宋朝早期科技經驗主義的思想。沈括通過精確測量子午圈，發現了地磁偏角的存在，比歐洲早了四百年。[4] 沈括還確定出北極星幾個世紀運轉的位置。這使得海員在航行時利用指南針更準確地確定方向。[4] 沈括對地質學也頗有研究。在長期觀察奇怪的自然現象後，他闡明了一個地貌學和氣候變化原理。[5][6]根據當時日食和月食的觀測情況，他分析出太陽和月亮是球狀的，而不是平面的，從而擴展了中國早期天文學家的理論。[7]擔任司天監期間，沈括舉薦北宋天文學家和數學家衛朴，兩人一起運用宇宙學假設，描繪行星運行軌道的變更，包括逆行。[8][9]在衛朴的協助下，沈括連續5年來每晚三次記錄和測繪月亮的運行軌跡，從而修正了關於月亮的運行的誤差，這也是他的另一項重要成就。[10] 然而不幸的是，當時在朝廷上有很多政敵企圖破壞沈括的工作。最終朝廷接受了他們對於太陽和月亮的錯誤的修正，但只是部分採納了沈括和衛朴提出的關於行星運行的軌道和變速度的理論。[10]
蘇頌是沈括的政敵之一，於1070年完成了一本藥物學著作──《本草圖經》，其中涵蓋了相關的學科的知識，如植物學、動物學、冶金學和礦物學。[11][12] 該論著包括很多藥物套用，如麻黃等。[13]他還是五幅不同的大型星圖的作者，[14]他在地圖學的大量測繪記錄工作解決了宋朝和鄰國契丹自遼朝以來一直懸而未決的邊界疆土問題。[15]然而，蘇頌最大的成就莫過於水運儀象台，上層是機械驅動的渾天儀（天體測量之用），中層是渾象儀（天體運行演示），下層是司辰（自動報時器），1088年在當時的首都開封開始動工，1092年竣工。[16][17]蘇頌的水運儀象台在鐘擺機械的運用上比歐洲整整早了兩個世紀。[18][19]蘇頌的水運儀象台也是目前已知的世界上最早的鏈條傳送動力的裝備，在1092年他的著作《新儀象法要》中描述了設計要點。[20]
沈括和蘇頌的例子說明了宋朝任用了許多具備科學知識的官員，這些人掌握了多個學科的知識，有利於宋朝的管理、軍事和經濟發展。這些智者如沈括涉及多個領域如數學、地理學、地質學、經濟學、工程學、醫學、藝術評論、考古學、軍事戰略、外交等等。[21][22] [23]他曾經接受一個邊境調查的任務，用木頭和鋸末製作了一個三維的地圖來表現山脈、河流、道路等。[22]有一次他計算了棋局所有的可能性，[24]還有一次他計算了用限定的人力物力攜帶食物能支撐的最長戰爭時間。[25] [22]沈括還提高了漏壺計時的準確性，改進了渾天儀、日晷，[26]他還擴大了天文望遠鏡的寬度，可以更好觀察北極星和其它星球。[27] 沈括還做了關於照相機暗箱的試驗，只比首位實驗者海什木晚了幾十年。
