在罗马帝国衰落的背景下，冶金和采矿业经历了一段显著的衰退期。然而，随着9至10世纪政治动荡的平息，冶金业开始逐渐复苏。这一时期，新的采矿和冶金基地在罗马帝国边境外建立，同时，相关文献的发表促进了技术知识的传播和应用。
中世纪时期，随着森林资源的减少和冶炼需求的增加，煤作为一种替代燃料开始被广泛开采和使用。据《天工开物》记载，中国在汉代已经开始使用煤作为燃料，河南巩县铁生沟西汉冶铁遗址和郑州古荥汉代烘范窑出土有煤块和煤饼。这些遗址的发现，为研究汉代的冶铁技术提供了丰富的资料，尤其是球墨铸铁的发现，使世界球墨铸铁冶炼史提前了2000多年。
（铁生沟冶铁遗址）
到了唐宋时期，煤的开采以河东（今山西省）、陕西、京东、京西（今河南省）诸路最盛。宋代已积累丰富的煤矿地质知识，称煤层为“炭脉”，露头为“炭苗”。这一时期的煤炭开采技术日臻完善、成熟，河南鹤壁宋元时期的一个古煤井遗址的发掘资料表明，当时的凿井、开拓、巷道布置、凿煤、井下运输、排水、提升、通风、照明等技术门类，不仅成熟且成龙配套，形成了系统的采煤技术体系。
宋代用焦炭冶铁，早于西方五百多年。在宋朝，中国人创立了一种军事和工业复合体，也建立了类似工业时代的煤-铁复合体，这个复合体是建立在采煤和冶铁基础上的。煤采自中国西北，冶铁产量在1080年代达到年均10万吨以上，这在当时的世界历史上是非常高的，英国直到18世纪末发生了工业革命以后才超过它。
此外，煤炭的普及给陶瓷业提供了难得的恒温燃料，陶瓷技艺突飞猛进，使得宋代陶瓷成为当时世界备受推崇的艺术精品。在对煤称谓上，出现“石墨”、“石炭”等名称，这不仅更符合煤的外观形象，也更切合煤炭的内在特征与功用。
12至13世纪，法国开始为了锻造目的开采煤矿，木材的稀缺使得煤炭作为一种新兴燃料受到了重视。1306年，阿尔勒颁布了一条法令，禁止将煤用于锻造，这可能是由于煤炭燃烧时产生的烟雾和气味对环境和健康造成的影响。然而，随着时间的推移，煤炭的使用并未因此而减少。到了1345年，马奇一苏一梅斯地区的锻造炉已经开始使用煤炭。
在英格兰，亨利三世于1234年授予约翰王子开采纽卡斯尔煤矿的特权。煤炭的使用不仅限于锻造，还扩展到了烧石灰和家庭燃料，以及冶铁和锻铁。纽卡斯尔地区的煤层裸露在外，易于开采，但浅层煤炭的质量较差，燃烧时会产生有害的硫磺烟雾。随着浅层煤炭的逐渐挖空，人们不得不深入地下挖掘更深层的煤炭，这需要投入大量的资金和人力，以及更先进的技术。
（纽卡斯尔煤矿）
煤炭的开采和使用对中世纪欧洲的经济发展和科技进步产生了重要影响。在法国北部-加来海峡的采矿盆地，从18世纪初直到上世纪90年代，这里一直是法国煤矿工业的重镇。煤炭的开采带动了当地居民区和城镇的形成，同时也促进了相关工业的发展。
在英格兰，煤炭的开采同样推动了工业革命的进程。1550-60年代，英国煤炭产量只有21万吨，而到了1680-90年代，产量增长到298.2万吨，是前者的14倍。到1700年，英国的煤产量已经达到250万至300万吨之间，超过法国产量的30倍，这一产量甚至是当时整个世界其余地方煤产量总和的5倍。
水力的利用是中世纪冶金技术革命的重要推动力，尤其在11至12世纪，水力驱动的风箱和锤子在阿尔卑斯山东部和西里西亚地区开始被广泛应用。
早在1135年，施蒂利亚的阿德蒙特，一个本尼迪克特教团的僧侣在莱奥本建立了水磨机。到1175年，该地区又引入了碎矿机，这些设备的使用极大地提高了矿石的处理效率，减少了人力的需求。
在法国，多菲内省的沙特勒兹修道院于1084年建成，水车约在1200年开始投入使用。这些水车不仅用于磨坊，还被应用于冶铁业，推动了水力鼓风机的使用。水力鼓风机的引入大幅提高了冶炼炉的风量和风压，增强了炉内的穿透能力，从而提高了冶炼强度和生产效率。
水力技术的应用使得冶金生产不再完全依赖人力和畜力，促进了设备的专门化和冶炼技术的进步。水力驱动的机械设备，如水力鼓风机，能够持续提供稳定的动力，这对于冶炼过程中的高温维持至关重要。水力鼓风的发明标志着冶铁技术的一次革命，它不仅节省了人力和畜力，还提高了冶炼的效率和规模。
水力的应用不仅提高了生产效率，还促进了设备的专门化。水力驱动的风箱和锤子可以不知疲倦地工作，这增加了火力，把铁加热到钢和生铁所需的更高温度。到了中世纪晚期，法国和英国有太多的水磨在运作，以至于他们封锁了河流上的交通，磨坊经营者修建水坝和开凿渠道来改变河流的流向，以利于他们的利益。
随着水力和煤的使用，中世纪末期开始建造真正的高炉。这些高炉的建造标志着冶金技术的一大进步，因为它们能够生产铸铁，并且设备的专门化使得熔炉能获得更高的温度。高炉的使用大大提高了铁的生产效率和质量，为后来的工业革命奠定了基础。
中世纪早期，叙利亚地区的冶金技术相对先进，叙利亚专家在金属加工和装饰方面拥有高超的技艺。他们的技术在西欧得到了广泛的应用和传播。叙利亚专家在西欧从事的镶银、头盔镀金、制作盾牌和生产各种金属镶嵌件的工作，这些技术的应用显示了当时冶金技术的复杂性和先进性。
在7世纪，盔甲工匠们在勃艮第工作，并扩展至法兰西的北部和西部，他们发展了一种用于制作花纹锻钢的非常独特的技术。这种技术通过控制结晶过程来产生花纹，而西方的花纹锻钢是先将东方的钢条锻接在一起，然后再加以切割、弯曲和锻打，这样就可以开发出独特的花纹来。
除了实物和技术的传播，早期的冶金手册也为理解当时的冶金技术提供了重要的文献支持。《狄奥多西法典》中提到了冶金工匠们的工具及其制作方法，8世纪的一本配方书《彩色马赛克的配方》包含了艺术家和工匠们的许多配方，大多数都摘自古希腊和拜占庭的书籍，其中关于金、银、铅矿石冶炼的描述虽然语焉不详，但金属加工工艺的部分则写得较详细。
另一本重要的冶金手册是《制金秘方》，尽管现存最早的版本是10世纪的，但它包含了许多将合金用作金银替代品的配方，里面提到的青铜仍然含有大量铅。《罗马人的绘画和艺术》包括三个部分，前两部分可能在10世纪由罗马公民完成，第三部分则在12世纪由法兰西人补充，其中也包含了关于提炼金和银、汞齐不同金属的焊接以及金属和合金箔片的制作的描述。
最后，《不同技艺论》由牧师特奥菲卢斯所作，这一作品可能在10世纪就写成了，但通常认为其年代要晚得多。特奥菲卢斯对镀金的书封面和用贵金属装饰的手稿、彩色玻璃窗的制造、乌银和其他金属手工业以及雕刻象牙等方面都很感兴趣，对制作工艺的论述非常广泛。
在军事领域，铁器的使用逐渐取代了青铜，这一转变对武器和盔甲的制造产生了革命性的影响。铁器相较于青铜器，具有更加轻便、锋利、强韧的特点，这使得装备铁质兵器的军队在战场上获得了显著的优势。古罗马军团就是一个很好的例子，其完备的铁质兵器系统为军团提供了强大的军事优势，使得罗马军队能够横扫北非、西亚和欧洲大陆。
到了中世纪，火炮的铸造技术成为军事技术进步的重要标志。火炮铸造工艺的发展可以追溯到中世纪的欧洲，最初的铸炮工艺相对简单，但随着技术的进步，分铸法和泥范铸造法等新型铸造材料和工艺被探索和应用。这些技术的应用提高了火炮的射击精度和射程，使得火炮成为战争中的重要武器。
在16世纪以前，欧洲的火炮主要采用铜制，这些材料易燃且不耐久，限制了火炮的使用范围和效果。随着铸造工艺的发展，铁器制造者和铸造工人不断探索和改进技术，以适应不同战争需求和战场环境。最初的铸造工艺采用的是整体模铸法，这种方法工艺简单，但铸造出的火炮体积和重量都较大，不利于运输和使用。为了解决这个问题，人们开始采用分铸法，即将炮身分成若干个部分分别铸造，然后再组装在一起，这样可以减小炮身的体积和重量，便于运输和使用。
在提高火炮性能方面，泥范整体模铸法和泥范分铸法成为这一时期的主要代表。这两种方法都是使用黏土制成模芯和模套，然后填入铁水进行铸造。整体模铸法将整个炮身铸造成一个整体，而分铸法则将炮身分成多个部分分别铸造。这些方法在欧洲的火炮制造中得到了广泛的应用，并逐渐传播到世界各地。
在十五世纪以前，中国的铁炮和铜炮主要采用铸造工艺。这一时期的火炮多为小型，铸造工艺相对简单，但已经能够满足基本的军事需求。例如，元朝中期的青铜火铳，口径105毫米，是典型的早期火器。
（元朝火铳）
到了十六世纪，随着对火炮射程、精准度以及轻量化的需求增加，中国的铁炮开始大规模采用拼接锻造工艺。这种工艺允许制造倍径更大的长管炮，提高了火炮的性能。拼接锻造工艺的采用，使得火炮的制造更为轻便和经济，同时也减少了炸膛的风险。
十七世纪初期，随着大型前装滑膛炮（红夷大炮）的引进，中国的火炮制造开始大规模使用铸造工艺。这种工艺的引进，逐渐淘汰了之前的锻造火炮。红夷炮的铸造技术更为先进，能够承受更大的膛压，发射更重的炮弹，具有更远的射程和更高的射击精度。明朝时期，中国还将钢铁铸造火炮技术反向输出至葡萄牙、西班牙等欧洲国家，显示了中国在火炮铸造技术上的领先地位。
（红夷大炮）
发展到了明朝后期，火炮的铸造工艺进一步发展。例如，明朝天启四年制红夷铁炮铭文显示，当时的火炮已经开始采用铁芯铜体的设计，这种铜铁复合金属铸炮技术在降低成本的同时，也保持了相当高的技术指标。此外，明朝还创造性地发明了铁芯铜体的设计，这种技术在降低成本的同时，也保持了火炮的高性能。
在艺术和装饰领域，冶金技术的进步使得金属加工工艺更加精细和多样化。叙利亚专家和勃良第盔甲工匠的技术，他们制作的金属镶嵌件和镀金工艺，展示了当时冶金技术的复杂性和先进性。这些技术的应用不仅限于军事装备，也广泛应用于宗教和世俗的装饰艺术中。例如，教堂的圣器和装饰品，以及贵族的餐具和珠宝。
教堂使用的第一批钟是在5世纪由铁板制成的，而到了8世纪，青铜铸钟开始出现，并在9世纪时在西欧教堂里普遍使用。铸钟技术的改进不仅提升了钟的质量和规模，也促进了冶金技术的发展，因为铸钟的模子比当时的任何其他物品的模子都大许多。此外，随着火药的发明，第一批青铜火炮和炮弹都是铸造成型的，这进一步推动了冶金技术的发展。
冶金技术的发展对中世纪的经济和社会结构产生了重要影响。随着冶金业的扩张，相关的工业城镇如弗赖堡、开姆尼茨、伊格劳等逐渐形成，它们是从业者的社区，有自己的法律和经济。封建领主也像银行家一样促进了它们的发展。此外，采矿和冶金的发展与西方资本主义的出现密切相关，需要更多的资本投入，形成了与采矿有关的法律及权利体系。
