李约瑟博士在他的巨着《中国科学技术史》第一卷总论中，特别强调了道家对于中国科学技术发展的重要作用。李氏指出：“道家具有一套复杂而微妙的概念……它是中国后来产生的一切科学思想的基础。”李约瑟这里所指的“概念”包括道德、有无、自然、无为、精气等，有的用于阐述宇宙本体论，有的用于说明万物生成的物质基础以及万物变化的多样性的内在因素，有的用于概括认知过程中有关万物的现象与本质，有的规定人的行动应当奉行的原则，等等。纵观道家的历史，道门中人先天道后人道，先自然后名教，常常寄迹山林，观天察地通人事，努力将天地的法则创造性地运用到社会治理中来，运用到修身养性中来，故而充溢着可贵的科学精神与人文关怀。
一、“观天之道，执天之行”的科学态度
李约瑟博士强调：“道家思想体系，直到今天还在中国人的思想背景中占有至少和儒家同样重要的地位。它是一种哲学与宗教的出色而极其有趣的结合，同时包含着原始的的科学和方技。它对于了解全部中国科学技术是极其重要的。”他充分肯定道家思想中蕴含着的科技因素。的确如李约瑟博士所看到的那样，道家在认识自然和利用自然方面可以而且已经为中国古代科技的进步提供了基本的态度与理论依据。
（一）道：事物的自然秩序
爱因斯坦说：“相信有一个离开知觉主体而独立的外在世界，是一切自然科学的基础。”道家强烈地感到世界的背后有着强大的支配世界不得不如此呈现的力量，那就是“道”。卡普拉认为：“也许我们可以把……道看成是最终的统一场，从这种场产生了物理学所研究的现象，而且还包括其他所有的现象。”“道家则把无穷的创造力归因于道，并且也称之为无。不管使用什么名词，他们都明确地指出，这不是一般的空或无，而是具有无限创造的潜力。”老子说：“道生之，德畜之，物形之，势成之。是以万物莫不尊道而贵德。”（《老子》第五十一章）道派生万物，又遍在万物之中。人所要做的就是“知常”、“知和”以明道，“天道无亲，常与善人”（《老子》第七十九章），善人便是善于明道、为道的人，也就是说善于利用“道”来成就自己的人。道家深切地感到只有完全地顺应道的法则，才能真正运用道的力量。“对道家来说，道（或道路）不是指人类社会中正确的生活之道，而是指宇宙的运行之道，换言之，即大自然的秩序。”人的可贵之处便在于“法自然”，“他通过顺应，而不是以他的先入之见强加于大自然，就能够观察和理解，因而也就能支配和控制”。《庄子·养生主》中庖丁之刀十九年解千牛而依然像新的一样，其道理就在于他所说的“臣所好者道也，进乎技矣”。
解牛之技中有道，这个道其实便是对牛之结构的认知与把握。庖丁还进一步说明了自己做到游刃有余之技的历程：“始臣之解牛之时，所见无非全牛者；三年之后，未尝见全牛也；方今之时，臣以神遇而不以目视，官知止而神欲行。依乎天理，批大郤，导大窾，因其固然。技经肯綮之未尝，而况大乎！”开始时只看到整头牛，后来才目无全牛，见到的只是牛之“天理”，即牛的生理结构，这样用刀就不会碰到骨头，自然就不容易钝了。因此，在道家看来，只有把握了道，人才能诗意地栖息于天地之间。老子说：“是以圣人抱一以为天下式。”（《老子》第二十二章）一即道，式通栻，是占卜工具，这里引申为法则、原则。“一”强调了道作为万物之母的统一性方面，也暗含事物有着共同的法则之意。因此，“得一”、“抱一”就成了为道的行为范式。《管子·内业》指出：“执一不失，能君万物。君子使物，不为物使，得一之理。”君子能够使物为己所用，全在于“得一”。正如李约瑟所言“这种统一性则是自然科学的基本前提”。因为只有明白世界的统一性，才能有助于人类确立把握世界的信心。可以说，对“一”（道）的追求演变为对“万”（万物）的探究。从这个意义上说，道为科学之母。
道家认为，“道兼于天”，“通于天者，道也”（《庄子·天地》）。这表明道是天的内在本质规律，天是探索的直接对象，而道才是探索所要把握的终极对象，从这个意义上说，道是事物的本质和规律，也是事物运动变化的内在依据，科学探索无非就是获得这个依据。
《庄子·天道》谓：“天道运而无所积，故万物成。”道未曾停滞积蓄，它恒久不变地运行着，这就是万物千变万化的内在原因。《庄子·庚桑楚》曰：“夫春气发而百草生，正得秋而万宝成。
夫春与秋，岂无得而然哉？天道已行矣。”春生，夏长，秋收，冬藏其实都是天道作为，没有什么神秘因素。人类只有得到这个“道”，才能自由地活动于天地之间。这种尊道的思想表明道家对客观自然规律的深刻理解。《管子·形势》曰：“得天之道，其事若自然；失天之道，虽立不安。其道既得，莫知其为之；其功既成，莫知其释之。藏之无刑，天之道也。”作者简明扼要地指出按照天道行事，事情的成功好像自然天然，没有痕迹。相反，要是盲目行事，可能就会灾患丛生。不过，作者还认为天道确以无形的方式存在于为道者的心中，他人是无从知道他是怎么做和怎么想的。
虽然说道的原始意义是路，但是老子之道的直接原型当是日月星辰的运行轨迹即天道。老子所谓“大曰逝，逝曰远，远曰反”（《老子》第二十五章），大体上说的是天体的周期性运行方式。而天体运行是有规律的，这在当时看来已是常识。《吕氏春秋·大乐》明确指出：“天地车轮，终则复始，极则复反，莫不咸当。”任继愈认为：“老子用当时天文学的知识对宇宙奥秘进行了探索，根据天文学的知识（当时科学成就）以反对有人格的上帝支配一切……只有掌握了当时足够的天文学知识，才会有效地说明天变不足畏，天道不神秘，有客观规律可循。也只有具备了一定的天文学知识，才会使人相信天不能对人类降祸、降福（天地不仁）。有了天文学知识，就能有效地说明天象的变化、天道的运行有周期，有规律，是客观存在的，它不以人的意志为转移。”老子的贡献在于把这种天道观念扩展到所有领域，进而得出了普遍性的法则：“反者，道之动。”（《老子》第四十章）比如，万物生长化灭也有其道。
他说：“夫物芸芸，各复归其根。归根曰静，是谓复命，复命曰常。”（《老子》第十六章）“复归”即反（返）之意。万物之常便是周而复始的循环，即从枝繁叶茂到落叶归根的反复，如同日出日落一般。《庄子·天运》进一步肯定了万物变化的循环性，作者指出：“万物皆种也，以不同形相禅，始卒若环，莫得其伦，是谓天均。”换一种说法是“万物皆出于机，皆入于机”（《庄子·至乐》）。这种“反”的思想在《吕氏春秋》中发展为“圜道”，即循环之道。作者指出：“日夜一周，圜道也。”“物动则萌，萌而生，生而长，长而大，大而成，成乃衰，衰乃杀，杀乃藏，圜道也。”（《吕氏春秋·圜道》）总之，对道的种种描述，体现了道家对于天体自然的探索精神。按照道家的理念，作为万物的本源，道也为世界的多样统一提供了理论基石；与此同时，道也是不以人的意识为转移的客观规律，人们应当尊重和依循这一规律。
（二）气：万物的始基
《列子·天瑞》曰：“天，积气耳”；“日月星宿，亦积气中之有光耀者”。气在道家看来是道生万物的重要阶段。《列子·天瑞》继承了老子宇宙生成论，认为先是“未见气”的太易（道），其次是“气之始”的太初；接着是“形之始”的太始，最后是“质之始”的太素。《管子》将这种作为万物始基的气称为“精气”。
该书《心术下》曰：“一气能变曰精。”作者肯定了精气是能变而生万物之气。
《管子·内业》则说：“精也者，气之精者也。”精本质上是气，只不过比阴阳之气更纯粹而已。而正是这个“精气”才是天地万物生成的物质基础。“凡物之精，此（一说“比”，一说“化”）则为生。下生五谷，上为列星，流于天地之间，谓之鬼神；藏于胸中，谓之圣人，是故名气。”（《管子·内业》）由此可见，精气除作为质料以外，还是天地间一切神秘现象的依据、圣人神明的基础。正是因为精气的运动，天地万物呈现出千变万化，而人也生发出智慧和机灵。精气充溢于天地之间，上下左右无处不在，无时不有，与道同行，周行不殆。《吕氏春秋·圜道》曰：“精气一上一下，圜周复杂，无所稽留。”精气在运动中生成万物，万物在消亡时也归于精气。进一步说，精气可聚可散。精气不但在万物之中，也存在于万物之外。就天地间千差万别的万物众生而言，精气都赋予它们以自己的特性。《吕氏春秋·尽数》有言：“精气之集也，必有入也。集于羽鸟，与为飞扬；集于走兽，与为流行；集于珠玉，与为精朗；集于树木，与为茂长；集于圣人，与为夐明。”精气何以如此呢？《吕氏春秋》运用“因”的范畴予以说明。该书紧接着写道：“精气之来也，因轻而扬之，因走而行之，因美而良之，因长而养之，因智而明之。”鸟儿飞翔，秉精气之轻；兽类奔走，得精气之流；珠玉光彩，含精气之朗；树木生长，摄精气之能；圣人聪慧，得精气之明。总的说来，道家试图解释万物何以千差万别的原因。
（三）自然：道家审察事物的风向标
在道家文献中，“自然”更多的是在自然而然的意义上使用的。在这种意义上，“自然”其实是标志宇宙万物原来如此、应当如此、势当如此的内在规定，是一种不依赖人的意志的客观实在性。《老子》第六十四章所谓“以辅万物之自然而不敢为”，说的就是要尊重万物的自然状态，谨防人的行为对万物造成伤害。将此“自然”作为行为法则和理想目标，有利于人们对事物自身的认识与把握。这样，作为自在、自为的“自然”就转化为认识对象的“自然”，因此就有了类似于“客观世界”（包括自然界、社会、人生）的意思，成为科学（自然科学和人文社会科学）的研究对象。
李约瑟博士饶有兴致地探讨了道家科技思想形成的动因。他说，道家哲学家喜爱从事自然观察的主要动机是什么？几乎可以肯定，那是为了要为围绕和渗透着结构脆弱的人类社会的各种可怕的自然现象找出一种哪怕是暂时的理论或假说，从而得到心灵上的宁静。不论这些现象是地震、火山爆发、风暴、洪水等自然灾害，还是各种各样的疾病，在科学初始的道路上，只要对它们进行辨别、分类，特别是指定了它们的名称，并提出有关它们的起源、性质以及未来发生率的自然主义的理论，人就会感到较为坚强和更有信心了。这种具有原始科学特色的心地平静，中国人就称之为“静心”。李博士的分析是中肯的。道家对自然的兴趣、对事物内在秩序的追问，目的不是为认识自然而认识自然，其根本目的在于明道、得道，与道合同。他们探究世界的奥妙为的是人本身，从这个意义上讲，道家的科技思想具有宝贵的科学人文主义精神。
《庄子·缮性》曰：“古之治道者，以恬养知。生而无以知为也，谓之以知养恬。知与恬交相养，而和理出其性。”意思是说，恬静能与智慧“相养”，即恬静涵养了智慧，而智慧也能涵养恬静。这样，人的身心内外就会和谐，本性就得到保护。需要强调的是，恬静是“无为”的基本要义，而“无为”则是听任事物按照内在原理而流转自己的命运。能够实现“无为”，这就意味着要通过基本上是科学的观察而取法自然。当然，无为的过程也是维护恬静的过程，只有恬静才能身心安定，社会安定。“就早期原始科学的道家哲学家而言，无为的意思就是不做违反自然的活动（ｒｅｆｒａｉｎｉｎｇｆｒｏｍａｃｔｉｖｉｔｙｃｏｎｔｒａｒｙｔｏＮａｔｕｒｅ），亦即不固执地违反事物的本性，不强使物质材料完成它们所不适合的功能；在人事方面，当有识之士已能够看到必归于失败时，以及用更巧妙的说服方法或简单地听其自然倒会得到所期望的结果时，就不去勉强从事。”要做到静心，还需要破除人类中心主义，即以人类为万物为尺度的思想。
道家认为万物都有各自的尺度和固有的法则，人类不应去干预它。《庄子·骈拇》指出：“凫胫虽短，续之则忧；鹤胫虽长，断之则悲。”凫胫与鹤胫，一短一长，在《庄子·骈拇》看来，乃是自然的选择，人为地补续或者截断，都是不可取的。
这个例子充分反映了道家关于自然性的思想理念。