中国科技史的考古研究，是夏鼐先生极为重视的一个方面，他为此花费很大的精力，作出了开拓性的贡献。50年代初期，他根据自己亲手发掘的辉县战国车马坑和长沙汉代车船模型，进行古代交通工具的复原研究。60年代起，先生又创造性地利用考古学的资料，运用考古学的方法，深入探讨我国古代科学技术领域中天文、纺织、冶金和其他方面的光辉成就，主要研究成果编集为《考古学和科技史》一书。他在1977年发表的一篇同名文章被列于该书卷首作为“代序”，对1966年以来我国考古工作中有关科技史的新发现，归纳为天文和历法、数学和度量衡、地学、水利工程和交通工具、纺织陶瓷和冶金、医学和药物学、农业科学等专题，进行全面的介绍。这实际是想说明考古资料对于科技史研究工作的重要性，借以促进考古学家与科技史专家之间的协作，共同解决考古学上和科技史上的重要课题，使科技史研究得到更好的发展。
夏鼐先生在中国天文学史方面，主要是对几幅有代表性的古代星图进行了研究。我国古代的星图有两类：一类是天文学家所用的星图，它是根据恒星观测绘出天空中各星座的位置，一般绘制得比较准确，所反映的天象也比较完整。另一类是为宗教目的而作象征天空的星图和为装饰用的个别星座的星图。先生作过详细考察的有：后一类星图中我国已发现的年代最早的洛阳西汉壁画墓星象图，最早表现黄道十二宫的宣化辽墓星图；前一类中现存年代早的唐代敦煌星图（注：《另一件敦煌星图写本——敦煌星图乙本》，见《中国科技史探索》，上海古籍出版社，1982年；又见《中国古代天文文物论集》，文物出版社，1989年。）。
洛阳西汉壁画墓星象图发现以后，有人对比现代星图提出过解释，由于不了解中国古代天文学和西洋天文学的起源不同，所作解释必然有很多不当之处。所以，夏先生的讨论便从辨明正确的研究方法入手，提出：（1）这星图的内容，并不是比较全面地表现北天的星图， 仅仅是选用少数几个星座，因而只能用我国古代星座对照，不应该用西洋星座对照；（2）这星象图是西汉末年的， 应该以《史记？天官书》作为主要的对比材料，而以《晋书·天文志》所载作为补充；（3 ）比较不能漫无边际，首先应该注意的是北天亮星的几个星座和天球赤道附近的二十八宿，它们可能是古人绘制星象图时用以选择的主要对象。经过这样的重新比较，先生确认这星象图既不是以十二个星座来表示十二次，更不是象征十二辰，只是从汉代天官家所区分的“五宫”中每“宫”选取几个星座用以代表天体而已。
夏鼐先生关于宣化辽墓星图的论文，根据辽墓壁画中的二十八宿和黄道十二宫图象，结合大量文献资料，进一步论证中国古代天文学体系的特点，指出以赤道为准的二十八宿显然是起源于中国，后来由中国传入印度的，而黄道二十宫则至迟在隋代，随着佛经的翻译由印度传入中国（王仲殊在研究铜镜的论文中对此说作过补充）。至于我国二十八宿创立的年代，他认为“由可靠的文献上所载的天文现象来推算，我国二十八宿成为体系，可以上推到公元前7世纪左右。 真正的起源的可能稍早，但现下没有可靠的证据。至于文献学方面的考据结果，也和它大致相符而稍为晚近，现下只能上溯到战国中期（公元前4世纪）而已。 ”夏先生的意见，被公认为中国天文学史研究中对于二十八宿创立年代这个聚讼纷纭问题的较为稳妥的提法。
关于敦煌写本中的两件唐代星图，夏先生将现存英国不列颠图书馆的一件称为甲本，现存敦煌县文化馆的一件残卷称为乙本。他所进行的探讨，首先把甲、乙二本的紫微宫图各星官列成一表进行比较，发现两种星图的内容与《丹元子步天歌》所述最为相近，而与《晋书》、《隋书》二史《天文志》的记述差异较多，但都属于一个系统。继而又就两本之间的大同小异互相对比，感到乙本的原来蓝本在星官数和星数方面，实稍胜于甲本的原本，但仍是一个系统的两个不同本子；至于两本中各星官的形状和位置，一般而论，都绘制得不很正确，却又没有很大的错误。先生又将甲、乙二本的抄写年代和《步天歌》的撰写年代一并讨论，认为《步天歌》的撰述时代不能早于李淳风活动的时代，歌辞和诠释的作者应该都是唐开元年间道号丹玄子的王希明；进而推测敦煌星图的原本应是根据《步天歌图》，它不会比《步天歌》的撰写年代（唐开元时即公元8世纪前半）更早，但其转抄的年代稍晚，甲本在开元天宝， 乙本在晚唐五代。这比英国李约瑟将甲本的年代定为后晋天福年间（公元940年），提早了200年。乙本则是第一次进行如此缜密的研究。
夏鼐先生是我国学术界根据考古资料进行纺织史研究的先驱。早在20年代，西方学者即已进行新疆出土汉代丝织品的研究，我国学者则开始于60年代初期。1961至1962年，先生通过新疆民丰、吐鲁番两地新发现的汉唐丝织品的若干残片和一些照片，参考过去其他地方出土的有关资料，考察汉唐时代绮、锦和刺绣的纺织工艺与图案纹样，并附带讨论中西交通史上的问题。1972年，他又发表《我国古代蚕、桑、丝、绸的历史》一文，系统论述我国汉代和汉代以前养蚕、植桑、缫丝和织绸方面的发展情况，并对汉代织机进行新的复原研究，以进一步阐明我国古代劳动人民对人类文明的这一伟大贡献。
夏先生指出：发明蚕丝生产技术的确切年代，目前虽然还无法确定，但我国在上古时期是唯一掌握这种技术的国家，至迟在殷商时代已经充分利用蚕丝的优点，改进了织机，发明了提花装置，能够织成精美的丝绸，遗存实物有普通平纹、畦纹和文绮三种织法。他说，我国当时除使用竖机之外，可能也使用平放或斜卧的织机，这便和古代希腊、罗马等国家专门使用竖机不同，可能改进到使用吊综提花和脚踏。东周时期已有织锦，更应该是使用一种有提花设备的平放织锦机。先生又指出，我国的丝织生产发展到汉代至少已有1000多年历史，达到了一个高峰，五彩缤纷的汉锦代表汉代织物的最高水平，一般是使用二色或三色的组织法，如果需要四色或四色以上，便需要采用分区的方法，在同一区内一般都在四色以下。至于汉代的织机，先生根据实践经验，认真分析，指出有些学者所复原的织机“是不能工作的”。遂以铜山洪楼画象石中的织机图为主要依据，经多次讨论、反复试验和修改，重新作出比较合理的复原方案。他指出，汉代画像石上的织机都是简单的织机，但根据出土的锦、绮、文罗等实物，可以推测汉代已有提花机。当时，先生从织物花纹单元的高度和纬线的密度考虑，认为有时需要提花综四、五十片之多，推测汉代的织机已有提花设备，可能是“提花线束”，而不是长方架子的“棕框”。后来，他对自己的这一影响甚广的看法有较大的改变，1983年在日本的讲演中说：“汉代提花织物可能是在普通织机上使用挑花棒织成花纹的，真正的提花机的出现可能稍晚。”（注：《中国文明的起源》，文物出版社，1986年。）令人遗憾的是，先生没有来得及具体论证自己的这一看法，便与世长辞了。
