这是中国古代物理学发展的鼎盛时期。

宋代是我国封建专制主义大发展的时期，社会经济有显著进步，尤其在农业、手工业、冶金、武器制造、纺织业、陶瓷和国内外贸易方面较前都有所发展，行会制度盛行，城市经济繁荣，纸币及汇兑流行，这一切都促使科学技术有较大的提高。元代基本上仍维持宋代水平。

宋元时代，包含了丰富的物理学内容的五本巨著相继问世，它们是：沈括(公元1031—1095年)的《梦溪笔谈》、苏颂(公元1020—1101年)的《新仪象法要》、曾公亮(公元999—1078年)的《武经总要》、李诫(公元1035—1110年)的《营造法式》、赵友钦(宋末元初人)的《革象新书》。此外，《宋史》中的“天文志·仪象”、“律历志”、“仪卫志·政和大驾”、“舆服志·指南车、记里鼓车”等篇章，都是极有价值的科学著作。

宋元时代还有许多在当时属于世界一流的有关物理学方面的发明创造。

力学方面，《宋史·舆服志》详细记载了燕肃(公元960—1040年)等人制造的指南车、记里鼓车。指南车是一种指示方向的机械车；记里鼓车是能够记录车辆运行路程长短的机械车。根据史书留下的有关记载，不仅表明古代人娴熟地掌握了有关齿轮及其匹配法则的力学知识，而且今天还可以照书本复原制造。苏颂和韩公廉等人在1092年制造了一架大型的水运仪象台，即天文钟。它是现代钟表的祖先，也表明宋代人完全掌握了控制等速运动的技术方法。李诫在《营造法式》中系统地总结了历代建筑经验，特别是提出了横梁的高与其宽之比的规律，比西方材料力学中同样的公式要早400年到600年。曾公亮在《武经总要》中记述了在两山之间引水过山，建造大型虹吸管的方法。宋僧怀丙(生卒年不详)在1066年利用类似现代起重浮艇的原理打捞沉落江中的万斤铁牛。此外，液体比重计和表面张力仪也是这一时代的发明。

热学方面，宋代人发明了火药、火柴，以及以火药为燃料而喷射推进的火箭，还发明了水套式省油灯。在煮水泡茶的生活实践中，人们还发现了水的递次沸腾现象。关于热胀冷缩的原理在实践中也得到了广泛应用。

光学方面，沈括的《梦溪笔谈》对日食、月食、雨虹的成因作了理论性总结。沈括还发现了阳燧的焦点，对凹面镜成像原理作了正确的叙述，并探讨了“透光镜”反射成像的原因和“红光验尸”的光学道理。赵友钦在《革象新书》中描述了一个大型的有关小孔成像的实验，并得出了正确的结论。他的实验室是一个三层楼房，光源是上千支蜡烛，这是中世纪时期最大型的光学实验。此外，关于色散知识也有大量记载，幻灯、影戏、以磷光物质作画等方面皆有长足的进步。

声学方面，沈括不仅在理论上阐述了编钟的形状与其发音的关系，而且还创造了以“纸人”演示共振现象的实验方法。南宋初年，赵希鹄在其著《洞天清录集》中对建筑声学作了最早的探讨，提出了设计琴室的一些标准。

电和磁学方面，指南针的发明及其在航海中的运用，地磁偏角的发现和记载，以及对雷电性质的观察研究，都是这一时期的重大成就。