正是在明末清初这段时间，伴随着欧洲传教士在中国相对自由的活动，西学即欧洲的科技文化在中国的传播，出现了一次活跃与高潮。
在天文学方面，欧洲传教士们来到中国后，不仅翻译、介绍了许多西方天文历算方面的书籍，而且引进、制造了一批天文仪器，如地球仪、天体仪、望远镜，等等。如汤若望在明末、清初先后编成《崇祯历书》和《时宪历》。后者就是一直沿用到今天的阴历。还编著了《古今交食考》、《测食说》、《恒星出没》、《浑天仪说》等天文著作。比利时籍的传教士在清朝供职期间，更主持设计制造了六件大型铜制天文仪器，有天体仪、赤道经纬仪、黄道经纬仪、地本经仪、象限仪和纪限仪，安置在北京观象台。并由南怀仁绘图陈述，收入了《灵台仪象志》。在介绍欧洲先进的天文学说方面有重要贡献的另一位传教士，是法国的蒋友仁。1761年，蒋友仁将手绘的《坤舆全图》进呈乾隆皇帝。此图附有说明，介绍了伽利略和哥白尼的地动说及行星运动说，指出哥白尼学说“以太阳静地球动为主”。蒋友仁的《坤舆图说稿》手抄本，经中国著名学者何国宗、钱大昕润色，刻印流传，受到中国学者的重视。
在数学方面，利玛窦和徐光启合译的欧几里德的数学名著《几何原本》，是关于平面几何学的系统性著作。由此传入中国一种崭新的逻辑推理方法，也大大丰富了中国几何学的内容与表述方式。原书15卷，当时只译出了前六卷，刻于1607年。利玛窦同李之藻合译的另一部数学著作《同文算指》，是我国最早介绍欧洲笔算的著作。在这部书中，从加减乘除到开方，中国和西方的算术第一次融会在一起。由于简便易行，经过后来的改进，得到了普遍的推广。1634年编成的《崇祯历书》中，也介绍了大量的西方数学方法，将西方平面三角学、球形三角学传入中国。汤若望也编写了《几何要法》和《新法算术》等数学著作。在17世纪的中国，计算工具共有四种：珠算、笔算、筹算、尺算，后三种都是从西方传来的。
当西方传教士来华的时候，正值明朝末年。国力逐渐衰微的明帝国，面对关外崛起的满族(1636年建国号大清)，自然地对西方先进的火器极感兴趣。葡萄牙人最早将西洋火炮从澳门带到北京，当时人称“红衣大炮”。因为葡萄牙被称为“佛郎机”，所以又称“佛郎机炮”。这些“佛郎机炮”在对满族军队作战中发挥了威力，被封为“红衣大将军”。汤若望来华后，也奉命铸造火炮。在皇宫旁特地设立了一个铸炮厂，两年时间就铸造了20门大炮。最大的可容40磅的炮弹。汤若望还口授了《火攻絜要》，就是专门传授火炮的图样、制作和应用的著作。清朝早在立国之前，就十分重视西洋火器。他们的“红衣大炮”，也被封为“大将军”，随部队行军作战。清朝初年，为了平定“三藩之乱”、防备台湾郑成功武装力量的需要，仍然重视西洋火器的制造。南怀仁就曾奉命督造神威大炮，著有《神威图况》。
当大清帝国的统治逐渐巩固之后，统治者的兴趣与注意力逐渐转向传教士们带来的欧洲新鲜奇巧的工艺品，如自动机器和钟表，等等。康熙时在清宫服务的法国传教士陆伯嘉，专造钟表与物理器械；另一位法国传教士杨自新，曾献给乾隆皇帝一只自行狮，能走百步，发条藏在狮子腹内；后来又制造一狮一虎，能行三四十步。传教士汪达洪制造的两个机器人，能手捧花瓶行走。他还改造过一个英国奉献的机器人，使他能书写满蒙文字。
同天文、数学一道传入中国的，是西方的地理学。利玛窦的《坤舆万国全图》，第一次向中国人展示了地球的全貌，使中国人大大开阔了视野。利玛窦编绘的世界地图，后来曾多次改进刻印，有多种刻印本。意大利传教士艾儒略撰写的《职方外纪》一书，有世界地图在前，介绍文字在后，是第一部对中国全面介绍近代世界地理知识的著作。意大利人卫匡国著有《中国新地图集》，被欧洲人称为“中国地理学之父”。康熙时期，委托传教士雷思孝、白晋、杜德美等人对全国进行普遍性测绘。测绘工作在十分困难的条件下进行。当时测量工具简陋，只能以绳测量。随时随地观察天体，用三角法测量，以规定经纬度。经过10年努力，终于完成了《皇舆全览图》。它是当时世界上工程最大、制图最精确的地图。这幅中国地图，比当时所有的欧洲地图更准确。后来，在乾隆年间，传教士宋君荣、蒋友仁等在中国学者的合作下绘制成一幅亚洲地图，称为《乾隆内府铜版地图》，或者《乾隆十三排地图》。
欧洲传教士还把西方生物学、医学知识传入中国。为了求得自己的进身之阶，欧洲传教士们还常常运用自己的医学知识与技能为皇室和王公大臣看病。如法国传教士洪若翰、刘应等人，就曾用金鸡纳霜(即奎宁)治好了康熙皇帝的疟疾，外科医生罗德先还为康熙皇帝治好了心悸症和上唇瘤；安泰不仅随皇帝巡游，成为侍从御医，而且平常为教友看病，往往门庭若市。传教士白晋和巴多明还将一部法国医学著作、根据血液循环及最新发明编写的《人体解剖学》译成满文，并附有满文说明的插图。
传教士们还把欧洲的建筑技术与风格带到中国来。他们在各地修建欧洲风格的教堂。特别值得注意的是，康熙年间开始修建的我国著名的皇家苑林——圆明园，就有欧洲式的建筑。圆明园的附园——长春园的一部分，是仿法国宫殿风格设计建造的。这一工程，就是意大利传教士郎世宁奉乾隆皇帝之命主持的。法国传教士蒋友仁协助郎世宁设计的西洋楼建筑群，中西合璧，规模宏大。蒋友仁擅长设计和工程机械的技能，特别肩负着设计“水法”(即喷水池)的任务。他设计的喷泉式水钟，用十二生肖代表十二个时辰，会轮流按时喷水。在西洋楼远瀛观南端的观水法，是乾隆观看喷水景色的地方，现在还能看到当年放置宝座的台基和石雕屏风，以及欧式的门。建成之后，大受乾隆皇帝的赞赏。
郎世宁不仅在西洋楼建筑群的设计和修建中对西方建筑术的传入中国有着重要贡献，而且还将西方绘画艺术带到中国来。这位意大利传教士，是一位杰出的画家。早在来华之前，已颇有成就。在他20岁左右的时候，就完成了热那亚一座修道院的壁画，显示了成熟的技艺。郎世宁把文艺复兴以来先进的欧洲艺术成就带到中国。他随身带来一批西方艺术典籍，来华后据此编写教材，传授艺徒。据说他曾同一位中国官员合作，编写了一本教授绘画技艺的书。郎世宁到中国，大受清朝统治者的喜爱，成为一名宫廷画家。在清廷长期工作期间，他将西方透视、光暗表现等科学技法传授给中国画家。郎世宁在中国的绘画艺术上的重要贡献，在于他善于融会贯通，以西法作中国画。在西方精于写实、透视的基础上，郎世宁吸收了中国的传统画法，不仅花鸟造型富于生气，各种马姿尤为精彩，人物风度服饰也相当中国化，但面部则用西方立体光暗表现。例如，郎世宁一生的力作之一《马术图》，高2.23米，阔4.26米，已突破中国卷轴的范围，实际上是西方巨幅油画的形式，但笔法全是中式。这幅巨作描绘乾隆皇帝在承德避暑山庄接见蒙古首领阿睦尔撒纳等人的实况，以阿睦尔撒纳等11位被接见的蒙古首领居中，乾隆骑马位于右侧，文武大臣簇拥于后，左面则绘以表演马术的骑兵。这幅画的构图也和中国传统的“天子居中”的宫廷接见图完全不同，是以侧面展开，由右至左，实际上是运用了文艺复兴以来常见的表现圣母和圣婴耶稣接受东方贤者礼拜的构图形式。此外，郎世宁还经常与清朝的中国宫廷画家合作，如《乾隆雪景行乐图》，就是他与唐岱、陈枚等人合作而成。图中树木坡石皆用中式画法，而人物头像则用西式画法，建筑则运用透视法，整幅画构图气魄浑宏，用笔工整，着色尤为华丽，是一幅宫廷画佳作。
欧洲传教士们不仅将西方的文化传到中国，他们也将中华文明传回西方。
传教士们进入中国后，常常游历四方，到处传教，因而对中国有了比较切实的认识。他们根据自己的见闻和经历写下的札记、日记、书信等等，在欧洲人眼前展开了一个更加真实的中国，大大开阔了欧洲了解东方的视野。利玛窦留下的关于中国的札记，内容包括了当时明代中国的各方面情况，以及耶稣会自沙勿略以来在华传教的过程。1614年，比利时籍耶稣会士金尼阁将这部札记带回欧洲，并将它由意大利文译成拉丁文，于1615年在德国奥格斯堡出版。书的名字为《耶稣会利玛窦神父基督教远征中国史》。在这部著作中，利玛窦把中国人称为“最勤劳的人民”，并且说：“中国这个古老的帝国以普遍讲究温文有礼而知名于世。”直到利玛窦之前，欧洲人对中国的了解仍是只鳞片甲，没有超出马可·波罗笔下那带有神秘色彩的描述。他们甚至连丝绸之国、契丹和中国这几个名称的内在联系都弄不清楚。正是利玛窦弄清了契丹和中国是一个国家。在这部遗著中，利玛窦描述了中华帝国的情况，如风土人情、伦理道德、宗教信仰，特别是孔子的言行与儒家经典，等等。这部著作出版后，在欧洲被译为多种文字传播开来。著名的德国传教士汤若望，就是读了这部书，激起了前来中国的强烈愿望。
还在金尼阁编译出版利玛窦札记之前，1592年英国舰队在亚速尔群岛附近截获了一艘葡萄牙商船《圣母号》。在船上发现了一本1590年在澳门出版的用拉丁文写的关于东方和中国的书。这本书包括一些在中国的传教士留下的资料。英国地理学家哈克卢特将这本书的摘译收进了他所编辑出版的《航海全书》之中。摘译部分叙述了中国的幅员、疆土、首都，以及保卫边疆的长城；书中介绍了中国男人种稻、女人养蚕，还记载了每年春季皇帝推犁、皇后采桑的典礼；书中还叙述了中国的小麦、稻谷等农作物，棉布、瓷器等手工业品，以及皇室分封、科举制度，等等。
对于欧洲人来说，同中国进行文化交流的最大障碍之一是中国的语言和文字。西方传教士们来到中国后，为了适应环境、便利活动，一般都努力学习汉语和文字。利玛窦在总结自己在中国活动时就指出，“会说这个国家的本土语言”和“专心致志日以继夜地攻读他们的文献”，是他在华活动的一大优势。为了便于西方人学习中国语言文字，利玛窦等人首先编制了汉字注音书。在此基础上，传教士金尼阁在中国学者王徵、吕维祺等人帮助下，于1626年编成了《西儒耳目资》。这是最早的一部拉丁化拼音的汉语字汇书。它可以根据汉语的发音来查字，也可以根据汉字来查它的发音。后来，法国传教士白晋编成了《中法小词典》，还用拉丁文和法文撰写了中文研究法。在此基础上，马若瑟在1728年写成了《中文概说》，分析了汉字的构造与性质。法国传教士也注意学习汉语之外中国其他少数民族的文字，如编成了《满法词典》和《五译合璧集要》(梵、藏、满、蒙、汉五种文字的字典)，以及《法汉满蒙词典》，等等。18世纪中叶，德国传教士魏继晋又编成了历史上第一部《汉德字典》，收入了汉语词汇2200个。