两河指的是幼发拉底河和底格里斯河，它们发源于现今处于土耳其境内的亚美尼亚高原。两河流出山岭地区后平行地向东南方向流去，最后汇合起来排入波斯湾。两河流域的中心地带在现今的伊拉克境内。幼发拉底河和底格里斯河流域是肥沃的平原，历史上通常称之为美索不达米亚，希腊语的意思为“两河之间的土地”，这个地方也是世界上人类古老文明最重要的发源地之一。
古代两河流域文明的发展分为苏美尔王国、古巴比伦王国、亚述帝国和新巴比伦王国四个阶段，有人也将古代两河流域文明简称为巴比伦文明。在公元前数千年的漫长历史中，曾先后有多个不同的民族在两河流域地区建立起自己的王国，他们在继承先前文明的基础上，又创造了高度发达的新文明。最早在这块土地上定居的是苏美尔人，公元前3500年以前，苏美尔人在两河流域就已建立起了一些奴隶制城邦国家，苏美尔文化在公元前2250年达到顶峰。大约在公元前3000年代初期，来自西方的闪米特人侵入两河流域地区，在现今伊拉克的巴格达附近建立了阿卡德城邦国。而后阿卡德国王逐渐统治了整个两河流域地区。大约在公元前2000年代初期，闪米特语系的阿摩利人以巴比伦（位于现今巴格达以南00多公里处）为都城建立了巴比伦王国（史称古巴比伦王国）。此后地处两河流域中部的巴比伦王国逐步兴盛起来，开创了美索不达米亚文明的第二阶段。巴比伦王国最著名的国王汉谟拉比（第六代国王）统一了两河流域，建立起了高度中央集权的奴隶制国家。汉谟拉比曾经制订过一部著名的法典（史称《汉谟拉比法典》），至今这部法典仍是现代人了解、研究古巴比伦王国的重要历史文献。大约在公元前650年，古巴比伦王国开始遭到外族的入侵。公元前300年左右，居于底格里斯河上游的亚述人开始崛起，两河流域进入亚述帝国称霸的时期。至公元前8世纪，亚述帝国达到鼎盛时期，这是美索不达米亚文明的第三阶段。公元前62年，亚述帝国被迦勒底人推翻，迦勒底人以巴比伦为都，重建巴比伦王国（史称新巴比伦王国），旨在重新复兴巴比伦文化，这意味着美索不达米亚文明进入最后一个阶段。公元前538年，波斯帝国征服了新巴比伦王国。两河流域的古代文明史，一般是以公元前3500年苏美尔王国的文明为起点，至公元前538年新巴比伦王国的灭亡为终结。但两河流域的科学技术史却一直延续到公元3世纪。两河流域的文明和科学技术曾对整个人类的发展产生过非常重要的影响。
文字是人类文明发展的重要条件之一，文字可以使人们的知识和信息交流更为可靠而有效。早在公元前3500年左右，定居在两河流域的苏美尔人就创造发明了象形文字，后来阿卡德人将象形文字逐渐发展成为便于书写的表意和指意符号。这些表意和指意符号到公元前2800年左右基本形成成形文字。这种文字多以软泥作为书写对象，用削尖了的芦苇秆或动物骨头当笔，在软泥上进行压刻书写。书写时，落笔力度大而速度慢，形成的压痕宽而深；提笔力量小而速度快，形成的压痕窄而浅。因此书写后的每一笔画都形似木楔，故通常称之为“楔形文字”。为了便于长期保存，一般要将书写有文字的软泥板晒干或烘烧成砖，形成可长久流传于后世的泥板书。保存至今的泥板书大约有3万块，其记载的文字内容涉及当时文学、法律和医学等诸多方面的知识。现代学者已经能够认读泥板书上的“楔形文字”了，泥板书上的内容成为现代人了解和研究两河流域历史和文明的重要依据之一。“楔形文字”在两河流域地区沿用了几千年，直到大约公元前后，“楔形文字”才逐渐成为死文字。
古代两河流域地区的天文学成就较之古埃及更为突出，这可能是由于幼发拉底河和底格里斯河的自然条件与尼罗河有所不同的缘故。尼罗河每次河水泛滥时间的间隔都有一定的规律性，而幼发拉底河和底格里斯河的涨落并无一定的规律性。这就使得古代两河流域地区一年四季的确定更需要依赖于天象的观测结果，因此可以说自然条件的差异和农业生产的需要大大地促进了古代两河流域地区天文学的发展。人们在长期的生产与生活实践中发现，季节的变化与一些天文现象的变化密切相关，因而人们开始有意识地观察天象。通过长时间天象观察经验和结果的积累和总结，就逐渐形成了世界上最早的天文学。当时人们将天象的观测结果与周围的事物相联系，他们习惯于用一些兽类的名字来命名星座，如鱼、蟹、羊、牛和狮子等，这种方法一直沿用至今。在长期进行天象观测的基础上，古代两河流域地区的人们逐渐形成了一种对外界事物的解释系统——占星术，即通过星象变化的周期性和偶然性来解释各种事物的变化，占星术的盛行促使了天文学的更进一步发展。古代两河流域地区比古埃及更早制订历法，大约在公元前4000年，苏美尔人就发明了阴历历法，他们以月亮的盈亏现象作为计时标准。到公元前2000年，他们又将月亮盈亏的每一个周期的29.5天作为一个月，把一年定为29天和30天相间排列的2个月，这样每一年的天数为354天，不足的天数用置闰（过几年加一闰月）的办法来解决。在开始实施这种历法的很长一段时间内，置闰并无一定的规律，而是由国王根据具体情况随机而定。到了公元前500年，置闰开始有了比较固定的规则，此后置闰规则几经改动，其精度也越来越高，最终于公元前383年定为9年7闰，这样每9年的累积误差还不到一天。到公元前7世纪，又逐渐形成了七天一星期的计时制度，每天各有一位星神“值勤”，并以他的名字命名这一天，其顺序是：星期日（太阳神）、星期一（月神）、星期二（火星神）、星期三（水星神）、星期四（木星神）、星期五（金星神）、星期六（土星神），七天为一星期的计时制度一直沿用至今。在古代两河流域地区，人们很早就开始进行天象的观测，并将观测结果和有关数据等绘制在泥板上。早在公元前2000年，古代两河流域地区的人们就发现了金星运行的周期性，现存的泥板书中记载有当时的一些天象观测结果和数据，其准确性令后人惊讶不已。当时人们已能够将行星和恒星区别开来，并且对行星的运行规律进行了深入的研究，取得了相当精确的数据。太阳一年中在恒星背景下走过的路径，天文学上称之为黄道。古代两河流域地区的人们知道太阳的位置是周年变动的，他们将黄道划分为2个段，每段中的恒星为一个星座，一年的每一个月对应一个星座。这样就形成了沿用至今的所谓黄道十二宫，它也是占星术中的常用术语。古代两河流域地区的计时方法对后世产生了重要的影响，如一年2个月、7天为一周、小时为60分和分为60秒等都沿用至今。古代两河流域地区的人们对日、月和五大行星的运行规律进行了细致的观测，观测结果也比较精确。大约在公元前9世纪，古代两河流域地区的人们就可以预测月食发生的时间了。古代两河流域地区最重要的天文学成就是编制了日月运行表，这一工作大约是从公元前3年开始进行的。日月运行表的主要内容包括太阳在黄道上的位置、昼夜长度、合朔日期和月亮的纬度等，用此表来计算月食发生的时间极为方便。据考证，远在公元前600年左右，古代两河流域地区的人们就发现日食是月球正好处于日地之间而形成的，他们认为233个朔望月为一个日食周期，这个周期史称沙罗周期，沙罗是巴比伦文中“恢复”的音译。当时观测的五大行星会合周期，与近代的天文观测结果非常接近。古代两河流域地区天文学发展有两个非常显著的特点，一是与历法的制订紧密联系，二是与占星术密切相关。
古代两河流域地区的数学成就比较突出，这可能与其天文学发达有关，因为在古代涉及天文学的数学问题往往都比较复杂。在现存的泥板书中，可以发现有很多在当时看来比较复杂的数学问题。例如在公元前8世纪的泥板书上，记载有这样一道代数题目：两个正方形的面积之和为000，其中一个正方形的边长比另一个正方形边长的2/3还少0，求两个正方形的边长。这可能是世界上所知最早的代数题目，虽然泥板书上并没有明确记载这道题目的解法，但在当时能提出这样的问题，相信他们也一定有了相应的解法。在代数学方面，人们已能解一元一次方程、多元一次方程、一元二次方程和一些特殊的三次方程和四次方程，甚至还能解指数方程。在一些泥板书上，可以看到人们为了方便计算而编制的许多数学用表，有乘法表、倒数表、平方表、平方根表、立方表、立方根表等，但当时古代两河流域地区的人们并没有负数的概念。与代数相比，古代两河流域地区在几何学方面的成就要略逊一筹，他们当时只能进行一些简单立体的体积计算。他们的几何学具有代数性质，许多几何问题都被化为代数问题来处理。在求圆面积时，他们用3（有时也用3.）来代替圆周率π。古代两河流域地区的数学已实行了十进制和六十进制并用的位值制，采用六十进制可能是与涉及天文学的计算有关。
古代两河流域地区的人们也掌握了一些生物学知识。在世界上，他们最早对动植物进行了分类，在现存的一些两河流域地区的泥板书中可以看到大约00种动物和250种植物的名称。
古代两河流域地区的医学并没有取得什么显著的成就，甚至有些不值得一提。在现存的泥板书中，几乎找不到早于公元前0？世纪的任何有关医学的文献。不过在《汉谟拉比法典》中，规定了外科手术成功的医生应该获得的报酬，并有处罚医生的内容，如果外科手术失败则砍掉医生的手。这些表明当时是有医生这一职业的。这可能是世界上最早的医疗立法。
城市建设是古代两河流域地区最重要的技术成就之一。他们很早就建立了城市，而且城市的建设非常考究。在新巴比伦时期，其建筑技术水平达到顶峰。建于公元前7世纪的新巴比伦城就是他们注重城市建设的一个典型例子，该城中有用白色或玫瑰色石板铺砌的宽阔道路，并设有地下水道系统。新巴比伦城有内外三道城墙，有00多座高达2米的城门，城门的门框和横梁都是用铜铸造而成的。全城共有塔楼300多座，城墙主墙每隔44米就设有一座塔楼，城墙和塔楼上镶嵌着很多浮雕。新巴比伦城中最大的建筑物是马都克神庙，最高的建筑物是巴比伦塔。新巴比伦城内还建有富丽堂皇的王宫，在王宫旁建有被后人誉为世界七大奇观的空中花园。空中花园阿拉伯语称其为“悬挂的天堂”。相传当时的国王尼布甲尼撒为了治愈爱妻的思乡病，特地建造了这座超豪华的空中花园作为献给她的礼物。空中花园为立体结构，共7层，高25米。底层由石块铺成，每一层用石柱支撑。层层都有奇花异草，蝴蝶在上面翩翩起舞。园中有小溪流淌，溪水源自于幼发拉底河。由于园中的人工小山平地而起，远看花园仿佛悬挂在空中，给人以凌空悬浮之感。古代两河流域地区建筑物所用的建筑材料主要是木材和未曾烧制的泥砖（用黏土掺上切碎的麦秸制作的土砖），采用石头的较少，因此能保存下的建筑物极少，很多著名的建筑物现今仅剩下一些遗迹。
古代两河流域地区土地肥沃，雨量充足，气候温和，非常适宜于进行农业生产。这里也曾出现过世界上最早的农业文明。由于两河河水经常泛滥，因此人们认识到兴修水利对于农业生产的重要性，只有建设起堤坝沟梁来蓄水排涝，人们才能正常地耕作，获得更好的收成。《汉谟拉比法典》中就有好几条与水利有关的条文，这表明当时国家已经通过立法来保证水利设施的合理利用。大约在公元前4500年，苏美尔人开始兴修水利，发展以灌溉为主的定居农牧业。古代两河流域地区的人们主要通过牛、驴等牲畜拉着木犁来进行耕作，当时最主要的农作物是小麦和大麦，人们也大量种植蔬菜、水果，饲养的牲畜有牛、羊、驴、马等。椰枣是当时人们的主要食物之一，据现存的泥板书记载，古代两河流域地区的人们当时已经懂得在椰枣树开花时进行人工授粉，可以增加椰枣的产量。他们甚至还编写了世界历史上最早的农书——《农人历书》，这本书是以一个老农民教育儿子的口气写的。这位老农民对儿子不厌其烦地讲述应该如何务农，以及在农业耕作中要注意的各种事情。比如，怎样节省灌溉用水，不要让牲畜践踏田地，驱赶食谷的飞鸟，及时收割等等。
为了满足贸易及货物运输的需要，交通工具的制造受到很高程度的重视。两河流域的贸易主要靠陆路运输。最初人们货物运输的方式主要是人力搬运、牲畜驮运和采用牲畜牵引的泥橇，大约在5000年前，有轮子的车辆在古代两河流域地区出现，这里是世界上最早出现有轮车辆的地方，有轮车辆的发明是陆路交通工具的重大变革，它大大提高了货物的运输效率。古代两河流域地区的人们很早就可以造船，他们最初是制造用柳条编成的船，船缝用沥青涂塞。后来又用牛皮柳条制船。大约在公元前7000年，两河流域地区出现了独木船。
大约在5000年前，古代两河流域地区的人们就能够制作陶器了。陶器是当时人们的主要日常生活用具，因此制陶业是当时重要的手工业部门之一。在两河流域地区出土过4000多年前的陶轮。他们制作的陶器主要是彩陶，色彩富丽夺目，有的还有涂层。当时人们常用的生活用具如酒杯、油缸、炉子和灯盏等几乎全是陶制品，甚至人死后用的棺椁也用陶土烧制，其形状像个有盖的长方形大箱。
古代两河流域地区的另一个重要的技术成就是它的金属冶炼技术。最早人类发现的金属是在大自然中能以单体形式存在的金属，如金、银、铜等。其中铜被用来制造工具等，铜虽然打制比较容易，但不够坚硬，不耐磨。后来人们发现在铜中加入锡形成铜锡合金（即青铜），可大大提高其硬度和强度，古代两河流域地区的人们发明了青铜冶炼技术。大约在公元前4000年，苏美尔人就能较为熟练地掌握青铜的冶炼和铸造技术，并开始制造青铜器，青铜器的大量出现是在古巴比伦王国时期，其制造工艺达到了相当纯熟的水平，当时已有重达约2吨的青铜铸像，人们还用青铜制造斧、锯、刀、剑等工具和武器。公元前800年前后的古巴比伦时期，青铜器的使用已相当普遍，其技术水平比古埃及人更为先进。铁器的出现是科技史上更重要的事件，铁由于自身的特性，因而比铜的用途更广。铁在自然界只有成分复杂的铁矿石，而没有铁的单体存在。人类最早认识铁是通过偶尔从天上落下的单体陨铁，但自然界陨铁的量很少，人们将它视做圣物，苏美尔人将其称为“天降之火”。在公元前900年前后，生活在两河流域地区西北部小亚细亚半岛上的赫梯人发明了冶铁技术，并且向两河流域其他地区推广。公元前8世纪两河流域地区已大量使用铁来制造工具和武器，造就了强大的亚述帝国。现今考古已发现了大量亚述帝国时代用铁制造的工具和武器，它表明此时两河流域地区已率先进入铁器文明时代。原始的炼铁方法是块炼法，即把成块的富铁矿石，放在炉内烧红，然后取出锤炼，经过这样多次反复，即可炼成铁。这样炼出的铁虽然是一种杂质含量较高的海绵铁，按现在的要求其质量不是太好，但总体来看，这种铁的性能还是优于青铜。加之铁矿石储量多，所以冶铁业迅速发展起来，从而使铁器逐渐取代了青铜器，并使石器也最终退出了历史舞台。