火藥是中國古代四大發明之一。中國古代發明的火藥，是將硝石、硫黃、木炭（含碳物質）搗碎，碾成粉末，經過拌和配製成混合火藥。火藥中的硝石（KNO3）在燃燒後能釋放大量的氧氣，起着氧化劑的作用，是火藥能遠射的因素。硫黃在火藥燃燒中起着還原劑的作用，是火藥能爆炸的因素。木炭則起着助燃的作用。若將三者放在密閉的容器中燃燒，便形成一個由硝石供氧的內燃燒體系，產生大量二氧化碳和氮氣，使體積急劇膨脹，脹破容器，並產生高溫煙焰，形成強烈的爆炸燃燒效應。唐以前有些煉丹家在煉丹時曾將這三者放在一起燒煉，結果受傷，乃至喪生。北宋初的兵器研製家便利用這種燃爆效應，製成最初的火器。由於史家記載的遲延，「火藥」一詞，直到1023年才在宋朝於開封設置火藥作坊時問世。

硝石和硫黃都是礦物質。硝石多產於甘肅、青海、四川、山西、河北、內蒙等省區。硫黃多產於湖南、山西、河南等省。據《太平御覽》卷987記載，大約在公元前六世紀，就有人知道它們的部分產地。對它們特性和用途的探索，始於醫學和藥物學。古代的醫學家和藥物學家為了採集標本和給人治病，到處探尋各種藥物，並有人託名「神農」，在中國最早的藥物典籍《神農本草經》中，記載了硝石和硫黃的醫藥性味、功用和主治。

中國古代煉丹家煉丹的目的甚多，但用硝石、硫黃等藥料煉製長生藥則是其主要目的之一。因統治者夢想長生久視，所以支持煉丹。早在戰國時，楚國就有人向荊王獻不死之藥。唐代煉丹家在煉丹前常用明火烘燴的方法，制伏某些藥物的有害性，也包括制伏硝硫炭合煉時產生的燃爆性，這種方法被稱為「伏火礬法」。「伏火礬法」與火藥的發明直接有關，其法是將含碳的物料馬兜鈴，同等量的硝石、硫黃放入容器中點火合煉，結果迅速燃燒，放出大量的熱能和氣體，引起爆炸。這種引起爆炸災禍之物，正是被煉丹家發明的最早的火藥。此法被煉丹家清虛子記錄在公元808年（唐憲宗元和三年）問世的《太上聖祖金丹秘訣》中。可見，火藥的發明至遲不晚於公元808年。

煉丹家在公元808年發明火藥後，並未擴大火藥的使用範圍。但北宋朝廷卻於1023 年在開封設置火藥作坊製造火藥，並在1044年（北宋慶曆四年）刊行的兵書《武經總要》中，正式刊載了「火球火藥方」、「蒺藜火球火藥方」、「毒藥煙球火藥方」等世界上最早的三個火藥配方。這3個火藥配方都用硝石、硫黃、木炭（或含碳物料）作基本原料，再摻雜一些易燃和致毒物料，配製成不同性能和用途的火藥。它們所用物料的重量和在火藥中所佔的百分比各不相同，但作為火藥主體物料的硝石已經接近或超過50%，比初期火藥的含硝量有較大的增加，使火藥有可能用於軍事。它們的配製工藝已從粗糙趨向精細，在製作上也從分散少量，發展到成批多量，為火器的擴大製造和使用創造了條件。