明代是中国火器史上一个重要的发展时期。经过明代劳动人民的不懈探索，不仅发明和仿制了各种各样的火器，如火铳、鸟铳、火绳枪以及各种规格的先进火炮，同时又形成了比较完整的火器理论和战略性的火器发展观念，在火器的运用和战术理论方面都有很大的进步。尤其是随着明中后期西方先进火器的传入，火器理论研究进入一个新的时代，开始转向重视科学实验和定量研究的新轨道，设计思想趋于科学化，造炮方法也得到大力改进，火器品种和质量都达到历史最高水平。
各种火器的涌现
伴随着明朝社会经济的发展和繁荣，政府开始有更多的资金投入战争的准备。为了对付剽悍的蒙古人，明朝十分注意发展火器，因而这一时期火器得到很快的发展，传统的火铳得到改进，西方的佛郎机火炮、红衣大炮都迅速在中国被仿制、投入使用，形成中国火器发展的一个高峰。
1.火铳的改进
火铳早在元末的战争中就得到大规模应用，在明代前期，火铳的制造技术和使用技术有较大发展。
明初设立各级火铳制造机构，为明军制造了数量众多、质量上乘的火铳，形成中国火器发展史上第一个造铳高潮。据史书记载，至洪武七年（1374），明廷已经在全国设有13个冶铁所，仅平阳府（治今山西临汾）的两个冶铁所每年炼铁就达22.1万斤，为铸造大型铁炮提供了丰富材料。洪武年间的火铳按体形大小、构造特点和作战用途可以分为三类：一是装备单兵的手铳，二是装备战船和关隘的中型碗口铳，三是专用于城防要塞的大型铳炮。火铳的结构大体有前膛、药室和尾銎，铳炮还有特制的炮口部位，大型铳炮还有炮箍和提柄。与元代火铳相比，洪武火铳有了很大改进，洪武时期的火铳表面和膛壁光滑，铳壁厚度均匀，尺寸误差小，炮箍增多，前膛加长（一般为铳长三分之二），结构更加合理，威力更强。
明代中后期，火铳尤其是手铳有了较大的改进，其中以手铳最为明显，这一时期的手铳前膛不再是简单的直筒形，而是自铳口至药室逐渐增大，这样的结构表明火铳研制者认识到了火药在药室燃烧后产生的压力从后至前逐渐递减；另外，药室的火门外加装了一个活动铁盖，保证火药不受风雨侵蚀；还有一个重要的改进就是增配了专门的装药匙，固定规格的装药匙不仅使装药过程更加安全规范，还保证了装药量的合理性。永乐至正德时期火铳结构的改进、品种的增加、数量的增多、使用的扩大，对于明军装备和边海防设施的改善、神机营的创建、作战方式的进一步改变，都产生了重要影响。
2.新式火器：佛郎机、鸟铳
随着东西方世界交流的密切，尤其西方殖民者到东方的扩张，西方先进的火炮技术也开始传入中国，其中包括当时西方流行的佛朗机火炮以及鸟铳。
嘉靖元年（1522），明朝和葡萄牙在广东新会展开了一场小规模战争。这场战争中明军缴获两艘军舰和20余门舰炮。这些火炮被称作佛朗机。
佛朗机是欧洲15世纪末至16世纪前期流行的炮种之一。和当时明军装备的火铳相比，佛朗机在构造上有根本性的改变，优势明显。佛朗机使用类似于子弹的子铳，减少了装弹时间，提高了射速；炮管壁厚，安全性能好；安装了照门、准星等瞄准装置，命中精度远远超过传统火铳。佛朗机还安装了转动装置，射击范围大，良好的闭气性能大大提高了发射威力。
早在正德十六年（1521），白沙巡检何儒在同葡萄牙人的接触中了解到佛朗机制造技术，并联络了一些有经验的技师，为仿制创造了条件。嘉靖元年（1522）八月，广东新会的中葡之战以后，很多官员提出改善明军装备，建议仿制佛朗机，并在嘉靖三年（1524）制成首批佛朗机32副。此后，明军开始大规模仿制佛朗机，广泛配置在北方边关要隘和沿海地区。几十年间，佛朗机的种类增加到10余种，分别适用于各种战争样式，其中有重达1000余斤的大型佛朗机炮，炮弹杀伤半径20余丈。佛朗机逐渐成为嘉靖到万历年间（1522～1620）明军装备的主要轻重型火炮与单兵枪。
另一种从外国传入的先进武器是鸟铳。这种火枪在构造上更科学，由铳管、瞄准装置、扳机、铳床、弯形铳托构成。与传统火铳相比，它射程更远，精确度更高，由于铳管细长，火药推力大，杀伤力也更强。另外，鸟铳的引火装置可以连续使用而不熄灭，所以发射频率和发射速度大大提高。明廷结合西洋鸟铳和日本鸟铳的优点，进行了仿制和改进，在嘉靖三十七年（1558）仿制了第一批鸟铳1万支，并陆续研制出各种更先进的鸟铳。如结合佛朗机技术制造的子母铳，可以连续发射上百次，并可以插上短剑，同敌人肉搏。经过不断改进，它发展成为各种类型的单管、多管火绳枪。
3.神秘火器：二级火箭
传统火器—火箭在明代也得到长足发展。这个时期的火箭除了弓弩式火箭和单级喷射动力火箭，还出现了二级火箭，堪称现代多级火箭的先声，是中国人对火箭发射原理的最初应用，在火箭发展史上产生了深远影响。火箭之外还有喷射火焰、毒药杀敌的喷筒类火器，其中一种叫做飞天喷筒的火器，喷射距离达数十丈。另一种“毒龙神火喷筒”，由毛竹制成，内装毒性火药，攻城时士兵持之至城上垛口，乘风喷火，毒烟熏灼守城官兵面目，使其中毒，丧失战斗力。爆炸性火器技术在这个时期突飞猛进，其制品有石炮、慢炮、石榴炮和万人敌等。其中慢炮类似于定时炸弹，引信点燃后可延迟2～4个小时爆炸。石榴炮相当于手榴弹，爆炸威力极强且轻便易携。值得注意的是，地雷和水雷在这个时期也得到应用，并且工艺复杂，技术含量极高。这些爆炸性火器在中国和世界火器发展史上，都具有重要的意义和深远影响。
4.西方的魔鬼：红夷大炮明中期虽然形成了中国古代火器科学技术的理论体系，但很多实际问题仍然没有解决。而欧洲在16世纪中叶以后科学突飞猛进，火器技术发生突破性变革。通过传教士和我国的火器专家，中国又一次开始大量引进西洋火炮。这时候，中国才发现西方成为可怕的魔鬼，其标志就是威力巨大的红夷大炮。
天启元年（1621），明廷向澳门葡萄牙当局购买了第一批西洋大炮，这就是红夷大炮。这些红夷炮实际上是英国制造的，属于16世纪后期经过火炮改革和统一炮制后产生的一种早期加农炮。它设计先进，结构合理，具有管身长、管壁厚、弹道低伸、射程远、命中精度高、威力大、安全可靠等优越性，是击杀密集进攻之敌的锐利火炮。在天启三年（1623）著名的宁远之战中，袁崇焕就是依靠11门红夷大炮给予后金军队重大杀伤，而获得大捷的。此后，明廷积极向从澳门定购大炮，选练炮兵，并积极仿制红夷大炮，这些大炮在对后金的作战中发挥了重大作用。自崇祯三年（1630）二月至八月，徐光启组织仿制西洋火炮400余门。此时的造炮方法已经有了很大的改进，已经开始采用模铸法浇铸火炮，这种方法造出的火炮整体性好，没有铸缝，坚固耐用、承压力强，发射威力大。这个时候的火炮铸造规格，已经有了比较科学的定制，开始以口径的尺寸为基数设计火炮各个部分，进而以口径为基数设计炮车的各个部分。各种部件的设计都有固定的比例，大大提高了火炮的技术含量和质量。
成熟的火器科学理论体系火器经过宋元两代战场上300多年的使用和明代200多年的发展，积累了丰富的经验，经过明代的火器研制家和将领的总结整理，上升为系统的理论，并形成论著，刊行于世。其中包括郑若曾的《筹海图编》、戚继光的《纪效新书》和《练兵纪实》、何良臣的《阵纪》、赵士桢的《神器谱》、茅元仪的《武备志》等等。这些论著从各自不同的角度出发，对当时火器制造与使用的许多理论和技术问题，诸如钢材冶炼、火药配制、制器用器、练兵教战、布阵设防等方面都进行了深入的研究和全面的探讨，形成了中国古代火器科学技术的系统理论。
在钢材冶炼方面，经过长期实践，人们获得了脱炭法炼铁和砂炼法炼钢的工艺，并使用灌钢法炼得高强度钢材，逐渐形成了高度发达的炼钢技术和炼钢理论。
同时，火器研制者和将领们十分重视火药研制和实践的经验，并上升到理论，到17世纪初，已经形成了中国古代火药独特的理论体系。专家们在一定程度上揭示了火药发展的某些客观规律，论述了硝、硫、炭在火药中的特性和作用，并阐发了空气湿度对火药组配比率的影响。他们对火药成分的定性定量分析，对火药发射、爆炸、燃烧等基本性质的认识，已经开始接近近代火药化学的门径。
火器技术的发展必然带动火器使用理论的发展。著名的火器专家赵士祯和军事将领戚继光都主张应该把发展火器制造同保卫国家的长远大计结合起来，制定战略性的火器发展计划，坚持不断创新。他们自己的著作中在制定出保证火器质量的具体严格的要求，提出应该讲究制造之法，精益求精，不断制成精良的新式武器，应付强敌。同时，统兵将领在长期的火器使用实践中总结出了多种火器战术理论，例如火器因时因地而变的使用方式、火器布阵和车铳结合的战术理论等等。明代火器专家和将领们的理论、独特见解，在总结前人经验的基础上，形成了中国古代火器科学技术的理论体系，在世界科学技术史上也具有重要地位。
明代是中国历史上火器的一个辉煌时代，但是这一时期，西方就已经显出某种超越的迹象。到了工业革命时代，西方火器的发展更是有了质的飞跃；而中国火器和火器使用理论则由于种种原因长期徘徊不前，终于在鸦片战争时期出现了双方武器水平的巨大差距。
