在早期科学史上，古希腊的科学更被大众所知，似乎跃过了一段时间直接进入了科学革命时代。而在这数百年时间里，阿拉伯文明保存了人类早期的知识成果，这是科学史重要的一部分。
3世纪，罗马帝国日渐衰落，一分为二。其中，东部地区繁荣发展，并随着时间的推移发展成为拜占庭帝国；但西部地区愈发衰落，直到476年灭亡。由此开始了西欧多年的不稳定和无政府状态。如果希腊人早期的科学贡献在世界上彻底消失，那么这将是一场灾难。事实上，如果没有阿拉伯文明的崛起，这一切都会成为现实，幸亏有阿拉伯文明保存了人类早期的知识成果。
公元632年后的几年时间，阿拉伯人迅速征服了小亚细亚、波斯、北非和西班牙。在9世纪到11世纪期间，阿拉伯文明是地中海地区的主导力量，科尔多瓦、巴格达、大马士革和撒马尔罕逐渐成为学术和文化中心。科尔多瓦有一座藏书约40万册的图书馆，街道完成铺设后还有路灯照明——直到七个世纪之后伦敦和巴黎才配置了这些设施！
阿拉伯人吸收了希腊科学中的精华，并将他们从波斯、印度和中国学到的知识融入其中。巴格达的哈里发鼓励将所有重要的科学著作都翻译成阿拉伯语。之后几个世纪中，科学在一些学者对这些阿拉伯语文本研究的基础上发展起来，有学者将这些著作翻译成拉丁语。这个阿拉伯知识库几乎囊括了古代所有的科学分支——医学、化学、天文学、数学和物理学。
在医学领域，有两个名字在阿拉伯地区脱颖而出——阿尔-拉齐斯（al-Rhazes，854-925）和阿维森纳（Avicenna，980-1037）。拉齐斯出生在德黑兰附近，在巴格达的一所学校学习医学。除了在文本翻译方面的贡献，拉齐斯还编写了一本医学巨著《医学全集》，全方位解读了整个医学主题。拉齐斯还是位优秀的化学家，他发明了“巴黎石膏”，用来固定骨折的骨头。
阿维森纳出生于富裕的税务员家庭，除了是个神童，他还有一大优势，就是有足够的资金能获得当时最好的教育。阿维森纳一生写了一百多本书，其中许多是关于医学的。他的作品非常权威，其拉丁语翻译版本直到公元1650年还在欧洲使用！阿维森纳的著作《医典》，直到17世纪（甚至更晚）还是欧洲的标准医学教科书，并且至今仍然被中东地区一些传统治疗师当作权威参考资料。
这一时期另一位著名的阿拉伯学者是伊本·阿尔-纳菲斯（Ibn al-Nafis，1213-1288），他为阿维森纳《医典》中解剖学的部分做了详细评注。在评注中，纳菲斯清晰描述了发现血液循环的过程，以威廉·哈维（William Harvey，1578-1657）结尾。
除了这个重要贡献，纳菲斯还创作了一部被认为是有史以来以一人之力编写的最全的医学百科全书，名为《医学综合》，计划写300卷，但在他去世前只出版了80卷。
阿拉伯人对医学的另一个重要贡献是药物的实际制备。人们今天使用的许多药物以及其蒸馏和升华等过程都源自阿拉伯。阿拉伯人与聂斯脱利派（独立于君士坦丁堡的东方教会）合作，在君迪沙普尔（波斯西南部）建立了一家大型医院，将患者治疗、医学教育和医学文献翻译汇聚在同一个屋檐下，开启了学术研究和临床实践相结合的模式。
与医学相比，人们现在称之为“化学”的科学分支，在古希腊和阿拉伯地区的发展却相当缓慢。化学的起源可追溯至名为“khem”的古埃及科学，主要用于木乃伊的保存。关于化学的古埃及著作知之甚少，大部分信息来自希腊科学家佐西姆斯（Zosimus，约公元300年）编写的一部28卷的百科全书。不幸的是，这部书中的内容神秘色彩过浓。
早期和中世纪大多数炼丹术士的主要目的是找到将贱金属转化为黄金的方法。中世纪有许多科学家一方面进行了非常有价值的实验和准确的观察，另一方面，他们也浪费了大量时间寻找一种可以将贱金属转化为黄金的神秘物质——al-iksir。后来，al-iksir在拉丁语中演变为“elixir”，即灵丹妙药。
吉伯（Geber，721-815）就是这样的科学家，他与《一千零一夜》（Arabian Nights）中著名的哈伦·阿尔-拉希德（Harun-al-Rashid）生活在同一时期。吉伯成功地制造了好几种化合物，如白铅、氯化铵、硝酸和醋酸，大概是真的希望能找到al-iksir！不幸的是，后来的炼金术士跟随吉伯的错误理论走向了更加荒谬的泥沼，反而忽略了吉伯真正重要的贡献。
虽然经历了这些曲折，甚至有些好笑，阿拉伯人还是在“日常”实用化学方面有出色的表现。例如，阿拉伯人是制作香水的先驱。在阿拉伯上层社会，制作香水是一门家喻户晓的技艺。
在造纸术和火药制造这两项重大化学技术发明从中国传播到西方过程中，阿拉伯人也发挥了重要作用。几乎就在希罗设计机械装置的同时，一位名叫蔡伦（约62-121）的中国人造纸术上取得了突破性的进展。中国历史学家认为蔡伦在公元105年左右用树皮、破布等为原料发明了造纸术。根据汉朝的正史记载，蔡伦向汉和帝（88-105年在位）献纸，并因此获得封赏。
在接下来的几个世纪里，造纸术向西方传播。阿拉伯人在撒马尔罕战役（公元751年）中俘虏了一些中国工匠，从他们那里学会了造纸技术。到公元800年，这项技术在巴格达得到完善。在接下来的50年里，第一批阿拉伯造纸商在巴格达开展了新的贸易。然而，造纸术向欧洲的渗透经历了一个缓慢的过程，又过了四个世纪，欧洲直到十字军东征后（13世纪）才获得这门技术。
关于火药的发展脉络就不是那么清晰了。中国汉代时期发现火药可能是一次意外，和炼丹术有关。中国的炼丹术士和其他国家的炼金术士一样，试图炼金或炼丹制备长生不老药。他们使用的是硫黄和硝石，和火药的成分更为接近。晚唐时期有一本书（但其中可能包含年代更早的材料）明确提醒炼丹术士在处理硫黄、硝石和木炭时要格外小心。
阿拉伯学者将波斯和印度文本、托勒密的《天文学大成》（Almagest）以及欧几里得和阿基米德的作品翻译成阿拉伯语，推动了天文学的发展。阿尔巴塔尼（Albategnius，858-929）也被称为巴塔尼，是研究托勒密的阿拉伯天文学家之一，他在几个方面改进了托勒密的研究成果。例如，巴塔尼注意到，当地球离太阳最远时，太阳看上去最小，但这个位置不是固定的，而是有周期性变化。
巴塔尼还算出了更精确的一年长度、春分的精确时间以及地轴相对于旋转平面的倾斜度。七个世纪后，在将儒略历变为格里历的改革中，改革者使用的就是巴塔尼提出的年份长度值。
巴塔尼指出了早期学者在绘制行星运动图时犯的一些错误，还在其中添加了全面的恒星目录，太阳、月球和行星表，三角表和示意图。巴塔尼的发现和著作对后来的天文学家产生了重大影响，包括开普勒、伽利略和第谷·布拉赫。
巴塔尼指出托勒密关于行星运动的观点是错误的，但他同时表示行星运动背后的真正原理尚未被发现。在学术史上对托勒密理论的驳斥成为在几个世纪中反复出现的一个主题，但未能发展到日心说。巴塔尼在数学，尤其是三角学方面做出了重大贡献，并在计算中使用了三角学方法（而不是像托勒密那样使用几何学）。这些数学方面的进步不仅能够应用于天文学，也在工程上有许多应用。