自近代科学诞生以来，科技史上有过三次科技革命。从力学革命到蒸汽机技术革命的第一次科技革命自16世纪中叶始，历经l7、18世纪，革命的中心是在欧洲的意大利和英国，近代力学和天文学是带头学科。天文学的功绩在于破除迷信，解放思想，而在力学的实际推动下，数学、生物学、化学等近代学科相继诞生。在科学革命的影响下，始于18世纪中叶，一场以机械技术、尤其是动力机技术为核心，以蒸汽机为代表的技术革命拉开帷幕，并从英国扩展至欧、美、亚各主要资本主义国家，开始并完成了资本主义工业化的历史进程。
从电磁学革命到电力技术革命，被称为第二次科技革命。其中19世纪中叶自然科学的三大发现最为引人注目。科学革命的主战场也逐渐从意大利、英国转向法国和德国。而以电力技术为核心的技术革命于19世纪后期展开并一直延伸至20世纪初。第二次科技革命再一次极大地提高了社会生产力，广泛而深刻地影响着人类生活的各个领域，将人类带进了又一个新的时代——电力文明时代。
进入20世纪40年代以后，出现了意义更为深远的第三次科技革命。这次科技革命起源于四项重大科学发现。虽然有些项目在战前已被发现，但战争妨碍了它们的发展和应用。只是在第二次世界大战之后这些科学发现的重大意义才充分显示出来。
第一项重大发现是爱因斯坦在1905年提出的相对论。传统的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。似乎宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。爱因斯坦通过实验和思索得出结论说，时间和空间不是绝对的，而是相对的。爱因斯坦指出，在接近光速的情况下，运动着的尺子要缩短，运动着的时钟要变慢。换句话说，牛顿定律在高速情况下是不成立的，但在常规下因影响甚微，可视其为正确。爱因斯坦的相对论具有极其重要的基本理论意义，是现代物理学的理论基础之一。它对微观和宏观领域以接近光速运动的现象的研究，具有重大指导意义。这一理论在其后的原子能研究中得到了应用。
第二项重大发现是量子力学。1900年，德国物理学家普朗克首先提出量子假说。认为物体在发射和吸收辐射时，能量的变化不是连续的，而是一份一份的，这一份份的能量就是量子。随后，英国物理学家卢瑟福和丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。电子在不同轨道上围绕着原子核运动，当电子从外层轨道跳到内层轨道时就放出相应波长的电磁波。20世纪20年代，德国物理学家海森伯和奥地利物理学家薛定愕等创立了物理波理论，指出电子和一切物质粒子都像光一样，既具有连续的波动性质，又具有不连续的粒子性质。对于电子等微观运动，牛顿力学已不适用，必须代之以从量子概念发展起来的量子力学。海森伯、薛定愕创建的完整量子力学成功地揭示了微观世界的基本规律。它解决了原子结构以及原子中电子运动的问题。它为元素周期律提供了物理解释。它对于了解原子如何结合成分子、阐明分子的性质提供了理论武器。量子力学应用于化学形成量子化学，能够设计具有特定性能的分子。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。
第三项重大发现是分子生物学。它是在物理学和化学影响与渗透下发展起来的一门全新的生物学科。它的核心是通过对生物体的主要物质，特别是蛋白质、酶和核酸等生物大分子的结构和运动规律的研究，探讨生命现象的本质。早在20世纪初，美国人摩尔根提出染色体学说，说细胞核中的染色体带有遗传基因。1944年美国人艾弗里等发现脱氧核糖核酸携带着遗传信息。1953年，美国的沃森和英国的克里克在英国《自然》杂志上发表了《核酸的分子结构》一文，提出脱氧核糖核酸的双螺旋结构。这篇文章的发表，标志着分子生物学的诞生。这以后，分子生物学发展很快，在人工合成蛋白质和核酸，测定蛋白质、酶、核酸的化学结构和空间结构，了解这些生物大分子的结构与功能的关系上，有很多成果。
第四项重大发现是系统科学。20世纪初以来，各门自然科学蓬勃发展，学科愈分愈细，分支学科愈来愈多。与此同时，学科之间又互相渗透，相互交叉，使自然科学整体化。系统科学就是对各种客观存在采用从整体上研究它的客观特性的学科。它主要包括了控制论、信息论、系统论等。这几种理论几乎同时在20世纪40年代发展起来。美国数学家维纳研究如何使一个系统按照事先规定的目标进行运动，如何根据信息反馈不断调整控制某一系统的运动。1948年他出版了《控制论》，标志着控制论的诞生。美国数学家申农研究如何把各种信息存储、传输和转换，1948年—1949年发表两篇论文：《通讯的数学理论》和《噪声中的通信》，为现代信息论奠定了基础。美籍奥地利生物学家贝塔朗菲于1948年提出了一般系统论，探讨了系统科学的方法论。这三个理论有许多共同点。它们都在探讨各种不同系统所遵从的一般理论，分析所有系统所应具有的概念、规律等。系统科学的发展推动了各种具体的系统工程技术的发展。
新科技革命的兴起在四项重大科学发现的基础上，战后各个科学技术领域，特别是原子能、电子计算机、宇航工程、生物工程方面都有惊人的发明和突破。
尽管第三次科技革命的时间跨度比前两次要短得多，但其内容之丰富，影响之深远，都是前两次所无法比拟的。因为时间、地点、环境和条件都发生了深刻的变化，第三次科技革命所面临的社会历史背景已不可同日而语。这是一场新的科技革命，是人类科学发展史上最为壮丽的革命。它具有鲜明的新特点，带来了科学上更大的新突破，给予我们了更多的启示，引导我们思考科学的未来。
新特点
（1）科学与技术相互渗透和融合，科学与技术发展分离的状况正在迅速发生变化。一方面，许多科学新发现、新理论的论证更加依赖新的技术手段，依赖重大科学装置和新测量仪器；另一方面，科学与技术相互作用、相互转化的速度不断加快，逐渐形成统一的科学技术体系。
（2）科技进步对经济增长的贡献日益增大，人类也由此突破了对物质生产的狭隘认识，越来越重视自身智力和精神的成长，知识型经济已为不可阻挡的世界潮流。
（3）原始性创新成为科技竞争的制高点。20世纪以前，科学技术在经济发展中处于从属地位。今天，科学理论不仅走在技术和生产前面，而且为技术、生产的发展开辟了各种可能的途径。据有关资料统计，现代技术革命的成果约有90%是源于科学理论基础上的原始性创新，原始性创新已成为当代科技竞争的战略制高点。比如，20世纪80年代中期，日本动用大量人力、财力研制模拟式高清晰度电视，并在集成电路方面对欧美诸强构成了巨大竞争压力。然而进入80年代中期到90年代，美国利用自己强大的研究开发实力另辟蹊径，从原理上进行创新，推出了数字高清晰度电视，从而在技术水平和市场竞争中远远领先于日本。因此，为抢占未来科技与经济发展的制高点，主要发达国家和一些发展中国家都在制定和实施各种基础研究和前沿高技术研究战略和计划。
（4）科学技术发展日益国际化、全球化。当今世界，任何国家都不可能独立完成所有的科技问题，研究开发国际化、全球化已成必然趋势。由多国政府共同支持的大科学研究计划方兴未艾，如人类基因组计划、全球环境变化、联合空间实验室计划等相继出台。同时，全球性的信息网络，促进了全球研究开发资源的充分流动和共享，逐步形成了一个“全球研究村”。
从科学技术自身体系上讲，与历次科技革命相比，新科技革命还表现出以下的特点：
①它不是单项出现，逐步扩展，而是以群体的形式出现，飞跃发展。
②科学技术在高度分化基础上出现高度综合的趋势。一方面科学技术的发展使学科分化日益精细，学科分支不断增多。另一方面，使学科间的联系更加密切，相互交叉，相互渗透，愈来愈朝综合方向前进。
③科学、技术和生产密切结合，出现三者一体化的趋势。
新突破
（1）信息科技正处在新的起跑线上
信息科技的发展超出了几乎所有人的想象。计算机技术正孕育着重大变革。由于传统的半导体技术发展已经接近极限，下一代的计算机必须有全新的技术、材料和设计方法。一是分子计算机进入最后攻关。这一技术将会突破目前晶体管的物理局限，使得未来的计算机功能大大增强，尺寸大大缩小。二是光子计算机前景看好。由于光具有能像电一样传递信息而不会与周围环境相互干扰的特性，因此光子计算机取代电子计算机是一项发展的必然。三是生物计算机再度热门。随着生物技术的发展，人们开始模仿人的大脑，用基因学的机制来开发新一代计算机。四是运用量子理论设计的计算机从理论论证进入了实验研究，估计将在今后15年左右出现。此外，计算机的智能化趋势已经显现，也就是说，将来有可能机器比人类更聪明，从而改变地球的文明。
因特网将再度腾飞。一是因特网无处不在，规模空前。二是因特网向空中发展和海底延伸。三是因特网正在更新换代。“目前世界各国都在加紧新一代因特网的探究，与现在使用的互联网相比，新一代因特网具有：更大，新一代因特网将逐渐放弃IPv4，启用IPv6地址协议，从2的32次方增加到2的128次方，有人形容世界上每一粒沙子都会有一个IP地址；现有IPv4地址将在近年迅速耗尽，因特网发展将受严重限制。更快，是指新一代因特网将比现在的网络传输速度提高1000倍以上，新一代因特网的基础带宽可能会是40G（每秒400亿比特）以上。更安全。目前的计算机网络因为种种原因，在体系设计上有一些不够完善的地方，新一代因特网将在建设之初就从体系设计上充分考虑安全问题，使网络安全的可控性、可管理性大大增强。”
（2）生物学世纪的创新浪潮
生物学的全新变化，将以人们难以想象的方式改变着未来的世界。而生物学发展最引人注目的是，它不仅在了解生命，还在操纵生命。转基因技术、克隆技术和细胞再造技术等重大成果获得突破，为人类攻克心脏病、帕金森病和癌症等疑难疾病带来了希望。
（3）新材料科技正在引发新的产业革命
20世纪80年代以来，具有优异性能和广阔应用前景的一类新型材料异军突起，成为当今科技发展最活跃的领域之一。
新材料的前沿和杰出代表是纳米技术。这项技术就是对原子和分子进行加工，并且将其组装成具有特定功能的结构，控制小到肉眼看不到的一种材料，从而向微观世界进军。纳米技术的应用十分广泛。应用于军事，可以利用昆虫作为平台，把分子机器人植入昆虫的神经系统，控制昆虫飞向敌方收集情报；应用于制造业，现已造出了米粒大小且能开动的汽车、蜜蜂大小的直升机；应用于生物医学，可以制出只有几毫米粗的人造手，帮助医生实施手术；至于在微电子方面，各种纳米器件、纳米发光二极管及利用纳米丝、纳米棒制成的微型探测器已经问世。有人预言，纳米技术所引起的世界性技术革命和产业革命，将会比历史上任何一次技术革命对社会经济、政治、国防等领域所产生的冲击更为巨大。
对于当代科技的进步，有人估计，如果1950年的时候，人类知识总量翻一番用50年，那么到2020年将只需73天。这种变化速度必将给世界上技术领先者和跟随者之间的距离提供两个可能：变得更大和变得很小。
新影响
（1）科技创新成为新的经济发展观的基础
科技创新是新的经济理论形成和发展的重要基石。经济发展的新规律已在多方面突破了传统经济理论的局限，并且较好地解释了信息和网络时代出现的许多新经济现象。
科技进步最直接和最显著的结果是导致了一种崭新的经济形态——知识经济的出现。由于知识经济的发展，使美国经济进入20世纪90年代以来，保持了100多个月的连续增长，这种经济的超常规发展，改变了传统经济理论中菲利普曲线的走向，在传统经济学中是很难解释的。可以说，知识经济的本质是数字化、网络化和全球化，而其根本动力来自于科技进步。据测算，发达国家20世纪初科技进步对经济增长的贡献率仅为5%？20%，20世纪中上升到50%左右，20世纪80年代后达到60%？80%。
（2）为社会可持续发展提供了可能
可持续发展的核心是发展，其源泉将主要缘于科学技术的进步。科技创新不断地突破“增长的极限”，使可持续发展成为现实。科技创新还使人类活动范围不断拓展。太阳能、生物能等多种可再生新能源的开发和利用，将极大地缓解人类面临的资源枯竭问题。
（3）科学技术日渐成为国家安全的核心要素
科技发展水平在相当程度上决定了各国在全球政治舞台上的地位，全球科技格局的“一超多强”是政治、经济“一超多强”格局的重要基础。1999年美国国务院的报告提出，科技与外交的关系正在由“为了外交的科技”转变为“为了科技的外交”。科技将成为国际政治和外交活动中的重要手段。
科技发展强烈影响着国家的安全观，以军事安全为核心的传统安全观正在拓展为包括经济安全、军事安全、文化安全、社会安全以及生态环境安全等内容的现代大安全观。未来战争必将成为核威慑、信息威慑及生物威慑的高技术战争，其影响和破坏范围将远远超过传统战争，因而将从根本上改变未来战争的方式。可以说，没有强大的科学技术为后盾，就没有未来的国家安全保障。
（4）将使人们的生活观念发生深刻变化
信息和生物技术革命的结合将使人们的生活方式乃至思维方式发生变革。网络提高了思维的预见性、准确性和高效性，从而使人产生新的思维方式；未来生物技术还将改变人类的生命方式，创造无数的生命奇迹；技术正在成为“第二语言”，成为未来世界交流的主要内容之一。同时，技术将极大地改变人们交往和交流的方式。一个以满足人们精神需要为目的的新型文化产业正迅速崛起，一个建立于网络基础上的虚拟社区和现实社会相互交融的人类社会形态可望形成，人类将前所未有地在更深、更广的范围内享受高科技发展带来的恩惠。
（5）引发对科技价值观的新争论
科学技术是一把“双刃剑”，如果说以往人们更多的是注意到了它对人类有利的一面，那么未来人们对科技发展可能带来的不利影响将会更加关注。如克隆技术、基因组移植等高新技术在21世纪将给人类带来什么后果，已引起越来越多的思考。这方面的最典型的代表人物莫过于太阳微系统公司的首席科学家比尔乔伊。他最近专门撰文指出，无规则的技术创新可能毁灭人类。他特别提出对“具有思维能力的机器人，在控制生物体结构方面可望取得突破的遗传学和在单个原子基础上创造物体的纳米技术”的担心。以上三种技术都具备一个共同的、人类以前创造的诸如原子弹等危险发明所不具备的特点：可以不依赖于群体的作用而轻而易举地自我复制，就像单个黑客散布计算机病毒在整个网络传播一样，给物质世界带来一系列影响。事实上，当今发展最快的技术，往往也是最令人担心的技术，它很可能成为难以控制的危险，人类必须高度警觉。