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元朝重视自然科学的发展，其发展状况也是历朝历代所不具备的，由于元代高度的鼓励贸易的自由及其特殊的超大疆域，所以形成了一类特殊的科学家队伍，这支队伍与中国本土的科学家一起把元代的科技水平推向了世界的顶峰。所以，我们应该把重点放在这些鲜为人知的外来支援者身上。
元朝的天文学具有浓厚的“吸收”色彩，但是可以肯定地说，在元朝，天文学方面的科学技术造诣是世界水平的。元世祖忽必烈在尚未登基之前，就征招“回回”为星学者。他们翻译及带来诸如托勒密的《天文大集》，伊本·优努斯（也译做尤尼）的《哈基姆星表》（也译作《哈基姆历数书》）等天文学著作。这些在当时都是世界上比较先进的天文图书，他们的引进让中国研究天文学的科学家们开阔了眼界，给中国天文学带来了活力。
公元1260年，元朝仿造金人的旧制，设立司天台；1271正式设立回回司天台，1312设立回回司天监。后来还任用了一大批以札马剌丁为代表的天文学家管理此类工作。札马剌丁等一批天文学家先后在这里工作，为中国天文历算的完善和发展做出了巨大的贡献。这些天文学家们不仅带来或使用一批先进的天文仪器（主要来自阿拉伯及波斯），而且还设计并制造了许多先进的天文仪器。
札马剌丁自己制作的天文仪器有多环仪、方位仪、斜纬仪、平纬仪、天球仪、地球仪，观象仪等7种。这些仪器，当时在世界上是罕见的。研究科学史的英国李约瑟博士在谈及地球仪时说：“除公元前2世纪马洛斯的克拉特斯古地球仪（已失传）外，没有比马廷·贝海姆1492年的纪录更早的人。”可是札马剌丁的地球仪却诞生于1267年，比马廷·贝海姆的记录整整早了225年。
札马剌丁的地球仪是球状的，体现了寰球这一科学概念与设想。这无疑对中国传统的“天圆地方”观念进行了勇敢的否定，这可以与当时布鲁诺提出的观点相提并论，只不过布鲁诺没有札马剌丁幸运，他最终被当时统治欧洲的教廷烧死。这与当时元朝宽松的科技政策是没法比的。
这时，我们本土的科学家，在天文学方面，也是成绩斐然的。天文学家郭守敬设计、制造了简仪、仰仪和圭表等天文仪器，比丹麦人第谷的同样的仪器要早300年。同时，他主张以实际观测为依据，在全国各地建立了规模庞大的天文监测网。另外，郭守敬还设计、制造了大型计时仪器——七灯漏（大明殿灯漏），该仪器是反映中国古代计时机械制造技术水平的代表作。
在历法方面，札马剌丁依照阿拉伯历法编制有《万年历》；而王恂与郭守敬等合作，在反复学习、稽考《哈基姆星表》及其他资料的基础上，于公元1280年编制完成一部著名的历法——《授时历》。在编撰《授时历》的工作中，王恂负责推演计算，郭守敬负责实际观测和制作仪器。《授时历》以365。2425天为一年，与地球绕太阳一周的实际时间只有26秒的差距，其准确程度相同于现行公历，自元以来一直延续使用了约360年。
在数学方面，元朝也是其发展的黄金时期。中国人使用阿拉伯数字是从元朝开始的。这些美妙的数字是元朝时期来华穆斯林数学家赠与我们的礼物。1957年，在西安元代安西王府遗址中，考古队员发现5块铸有阿拉伯数字铁块，其中4块出土时夹在凿刻整齐的两块方石中。经研究，这是用阿拉伯数字排列的六六幻方，其纵、横、对角线的数字之和为“111”。上述遗迹是1273年修建安西王府时，作为奠基埋藏的。
元朝是继两宋中国数学后跻身于世界水平的黄金时期。中国数学家不但继承、超越了以往的数学成就，而且众多来华穆斯林数学家将先进的数学知识传入中国，使中国的数学研究在元朝有了质的飞跃。
公元1280年，元代数学家及天文学家王恂与郭守敬等制订《授时历》时，不但列出了三次内插公式（“招差法”），还使用“垛垒、招差、勾股、弧矢之法”进行缜密计算，其中将穆斯林数学家发明的弧三角法应用于割圆术获得“弧矢割圆术”（即球面直角三角形解法）最为称奇。
公元1303年，《四元玉鉴》问世。其作者数学家朱世杰将“天元术”推广为“四元术”（四元高次联立方程），并提出“消元”的解法；欧洲则在1775年才由法国人别朱提出同样解法。另外，一般认为欧几里德的《几何原本》，是明朝的徐光启在意大利人利玛窦的帮助下翻译并引进中国的，但是有学者认为，在此前的元代，此书已经被来华的穆斯林人带到中国。
也许，在知道这些之前，一个游牧民族统治下的中国，自然科学发达到如此程度是不敢想象的。但历史就是这样让一些不可思议一次次的发生，这才吸引着无数爱好者来探寻它的伟大魅力。