借助火的力量，古埃及人在6000年前把美丽的孔雀石变成了铜。从此，人类开始以新的方式，用新的材料，制造工具和武器。 人类使用石器长达250万年之久，始终面临一个无法解决的难题：石器的刃很快会钝，尖很快就秃，越锋利的石器越不耐用。这是由于古代人类使用的石器，绝大部分是用普通的岩石打造的，它们都是结晶体，硬而脆，韧性很差。在自然界中，只有两种岩石例外，一种是燧石，另一种是黑曜石。
燧石是埋藏在石灰岩中储量很少的一种变性晶体。海洋生物一旦死亡，其体内吸收的二氧化硅便重新析出，在漫长的地质年代里逐渐形成燧石，后来随着地壳抬升而偶尔出现在陆地上。燧石致密坚硬，相互撞击不容易碎裂，可以迸出火花引燃干燥的植物纤维，被古代人用作打火石。燧石片还可以敲击出锋利的尖刃，做成耐用的匕首。
黑曜石是火山熔岩急剧冷却形成的非晶态物质，又称为火山玻璃，其化学成分与花岗岩相近。黑曜石可以打制出比燧石更薄、更锋利的刃口，然而它比燧石更难找到，以至于人们把它当成宝石。燧石和黑曜石都是稀有矿物，远远不能满足石器时代人类的需求。人类需要创造出一种自然界不曾有过的材料，用来制造更好的工具。
人类爱美的天性无意中催生了一项伟大的发明。大约公元前4000年，古埃及人在烧制涂有孔雀石釉料陶器时，意外地在炉子里得到一种副产品。这是一种与陶器完全不同的物体：颜色微红，在阳光下闪闪发亮，可以锤打成薄片，可以弯折，会在高温中熔化，而当其冷却之后，仍然具有原来的颜色和特性。这就是人类最早从矿石中冶炼出来的铜。
孔雀石呈美丽的蓝绿色，硬度不高，是铜的一种结构复杂的碳酸盐，被称作碱式碳酸铜。在高温缺氧的环境中，孔雀石中的铜会被窑炉中炽热的炭或一氧化碳还原，元素状态的铜在超过熔点的高温下熔化流到炉底，经冷却凝聚成块状。若不断地向窑炉投放木炭和孔雀石，重复这种冶炼过程，铜就会源源不断地被制造出来。
制陶技术的发展，为铜的冶炼提供了重要的燃烧条件。当时古埃及人烧制陶器的水平很高，窑炉里的温度能够达到1100℃，已经超过铜的熔点，只要原料合适，很容易得到铜。差不多与此同时，生活在美索不达米亚平原南部的苏美尔人也掌握了这种炼铜技术。
在此之前很久，人类已经发现了自然界中以元素状态存在的铜。由于自然铜非常罕见，人们将其视作神赐的宝物，除了欣赏之外，很少想到利用它。
当铜在冶炼炉中大量出现后，它便失去了神秘的色彩。人们开始理性地为它安排用途，充分利用它优于石头和木头的各种物理特性，做成人类需要的工具。考古学家在古埃及和美索不达米亚平原公元前4000年的墓葬中，相继发现了纯铜制作的斧、刀、锯、钉、鱼叉和镜子。
炼铜技术出现500年之后，人类发明了犁。犁的特殊结构可以使牛的水平牵引力变成连续翻掘土地的力量。根据粗略估计，牛拉犁翻动土地的力量比人大10倍。犁的出现，标志着人类开始利用畜力从事农业生产，能够深翻土地，开垦更多的耕地，生产更多的粮食，使一部分人能够离开农田从事其他工作。这是农业生产力的第一次解放。
铜制工具催生了另一件伟大的发明——车轮。车轮使人类能够以一种新的方式改变物体的空间位置，获得更高的速度：车轮以滚动代替滑动，与直接拖拽相比，可以显著减小摩擦阻力。有了车，人们可以轻便快捷地搬运重物，实现远距离运输，对贸易、战争、农业和城市建设产生了极为重要的影响。
铜制工具还为人们带来了传播信息的文字载体。大约在公元前3300年，古埃及人使用锋利的小铜刀，把生长在尼罗河中的一种水草（称为莎草）加工成最早的书写材料。古埃及人剥去这种植物茎的外皮，将海绵状的白色草芯剖成长长的薄片，并一条一条地排列粘连得像一张方手帕，然后，把它旋转90度，叠压在另一张上面，使上下两层纤维互相垂直，晾干之后经过打磨就成了便于书写的草纸，人们习惯地称之为莎草纸。莎草纸是人类制造的最早的轻便书写材料，此后数千年间，无数珍贵的思想、智慧和重大事件记录在它上面。公元前3世纪，托勒密王朝在尼罗河口建立亚历山大图书馆，图书馆中70万卷文献全部都是用莎草纸写成的。
与此同时，古埃及人还用铜制造出最早的镜子。此前人们只能借助平静的水面看见自己，有了轻巧的铜镜，人们就可以随时看见自己的面容了。据史书记载，古埃及法老曾派人到西奈半岛开采埋藏在地下的绿松石（绿松石是一种铜矿，又被当作宝石），聪明的古埃及矿工用多个磨光的铜镜连续反射阳光，使阳光通过曲折的路径到达地下采掘作业的地方，解决了在地下缺氧环境里的照明问题。今天，旅游者在埃及的卢克索国王谷参观古埃及法老陵墓，有时导游也会用镜子把光线引入墓穴，让游人在阳光下欣赏墓室中精美的壁画。
纯铜虽然很有用，但是硬度不够，还不能完全代替石器。经过500年的摸索，铜器制造技术发生了一次飞跃，这次飞跃使人类告别了石器时代。
大约公元前3500年，生活在美索不达米亚平原南部的苏美尔人发现，在熔化的铜液中加入少量锡或铅，或在冶炼时一同加入少量锡和铅，可以大大改善铜的性能；加入锡或铅的铜，比纯铜硬度高，色泽亦更加光亮，做出的工具和武器更加锋利耐用，这种合金叫做青铜。改变锡或铅的含量，会使青铜具有不同性能，有的硬度很高，有的韧性很好，有的表面特别光亮不易锈蚀。不同特性的青铜，可以满足人们多方面的需求。
用青铜制作器物，可以采用一种特殊的方法——铸造。将熔化的青铜液注入预先做好的耐热不变形的模具，使铜液充满模具空腔，冷却之后就能得到与这个空腔形状完全一样的器物。这种模具可以用石头刻，也可以用黏土烧制。铸造技术极大地提高了人们制造金属器物的效率，可以大批量制造性能优良的工具和武器。铸造技术是人类制造技术的重大变革，这项发明一直使用至今。
工具改进一小步，人类前进一大步。青铜器的制造进一步增强了人类制造工具和武器的能力，提高了人类活动水平，导致了生产和运输工具的变革，进一步促进了城市的发展。公元前2750年，在美索不达米亚平原南部，拥有900座塔楼的苏美尔乌鲁克大城墙建成，城墙总长9.5千米。至公元前2500年，中东地区已经出现了22座城市。 冶炼青铜和制造青铜器的技术很快传到古埃及。公元前2700年，古埃及人已经开始采用9份纯铜1份锡的比例炼青铜，并从西奈半岛开采铜矿大量制造青铜器。青铜工具的使用使古埃及人有能力建设前所未有的宏大工程。
大约从公元前2800年开始，古埃及人在尼罗河西岸相继修建了97座金字塔。其中开罗郊外吉萨高地上的胡夫法老金字塔，是古代世界七大建筑奇迹中至今仅存的一座，也是人们首次运用青铜工具建造的最宏伟的工程。在19世纪法国巴黎艾菲尔铁塔建成之前的4400年间，胡夫金字塔一直是地球上最高的人工建筑，它集中体现了古代人类利用青铜工具所达到的最高成就。现在看到的胡夫金字塔露出的层层花岗岩石阶，就像体育场的看台一样。原来覆盖在金字塔上的光洁巨石，采自距吉萨高地13千米的石灰岩山体。考古学家在昔日工地遗址，发掘出了当年开凿石灰岩用过的青铜工具。
青铜工具不仅可以帮助人们完成宏大的工程，也可以帮助医生完成某些复杂的外科手术。在一份公元前2700年的古埃及莎草纸文书上，描述了包括铜针在内的外科手术器械，记述了头部、肩部和身体其他部位伤口缝合的步骤。公元前2500年，古埃及已经出现外科医生形象的艺术作品。考古学家在古埃及公元前2300年的一个外科医生的墓葬中，发现了随葬的青铜外科手术器械，共23件。
青铜兵器轻巧、锋利、耐用，可以通过铸造大批量生产，使用青铜兵器迅速地提升了士兵的作战能力。人类以石块、木棍为武器的争斗，逐渐演变为用青铜刀剑和甲胄武装起来的军队之间的大规模厮杀。战争和生产方式的变化，使许多地域氏族制社会结构迅速转变为国家形态，人类日渐远离田园牧歌式的生活。
历史学家把青铜器的出现作为一个新时代的标志，从公元前3500年到公元前1500年间，世界上许多地区相继进入青铜时代。然而，当人们四处寻找铜矿和锡矿的时候，另一种远不如青铜光亮的金属悄悄进入人们的视野，这就是铁。人们最早见到的铁是陨铁，是某些星体碎片陨落地球穿越大气层烧蚀残留的部分。由于极为稀有，人们把它当作珍贵的收藏品。
大约公元前2000年，生活在今天土耳其安纳托里亚高原的赫梯人发明了炼铁技术，把氧化铁矿石变成铁。赫梯人生活的地方铁矿很多，在炼铜的时候，伴生在铜矿石中的铁会被高温熔炉中的一氧化碳还原出来。赫梯人还常常用坚硬的铁矿石砌成炼铜炉，在炼铜的过程中这些铁矿石中的铁也会被还原出来。当炉壁疏松的时候，被还原出来的铁块就会掉下来。由于冶炼炉的温度大约为1100℃，低于铁的熔点1593℃，一氧化碳还原出来的铁块百孔千疮，人们称之“海绵铁”，而研究科学史的学者把人类最早炼出的这种铁称为“块炼铁”。
赫梯人逐渐发现，这些黑灰色的块状物体有用，把它们重新加热反复锻打，排除其中的杂质（今天人们知道，这些杂质主要是二氧化硅和矿石中没有被完全还原的氧化铁），疏松的铁块即变得密实而有韧性，可以用来做器皿、工具和武器。人们开始采用炼铜的办法炼铁矿石，世界上最早的炼铁技术便宣告诞生。
地壳中铁的含量比铜多1000倍，铁矿比铜矿多，炼铁的方法又十分简单，因此可以大量生产铁器。铁器出现后，金属工具更加广泛地介入人类活动。考古学家在发掘地中海东部克里特岛上的米诺斯王国宫殿遗址时，发现了一部历史文献，其中记载米诺斯王国的首都克诺索斯城在公元前1550年时已经有18种职业，其中9种与金属工具直接相关。这一发现说明，金属已经与人类活动密不可分。然而，这一时期的铁尚未完全代替青铜。因为用低温固体还原法炼出的是纯铁，不含碳，硬度不够，不及青铜锋利耐用。
公元前1200年，一项发明最终确立了铁在人类活动中的地位：生活在亚美尼亚和南高加索的力哈德人发明了增加铁器硬度的方法。他们把已经锻打成型的铁器重新投进炽热的炭炉，使炭和铁器的表面直接接触，待烧到一定程度，与炭接触的铁器表面会变得非常硬，甚至比青铜还硬。实际上这就是把铁炼成钢的方法。当炽热的炭与铁器表面接触的时候，部分碳原子便在高温环境中渗入铁器内部，局部改变铁的组织结构。控制碳进入铁中的量，可以改变铁器硬度。后来人们还发现，将渗碳后的铁器加热至高温，再使它在水或油中急剧冷却，会变得更加锋利耐用。这种改变金属组织结构的办法今天称为“淬火”。
“渗碳”与“淬火”技术很容易掌握，人们不再需要寻找稀缺的锡和铅，便可赋予铁这种廉价材料以美妙的特性，可以依照自己的愿望制造满足多种需求的器具，甚至一个家庭就可以完成从炼铁到制造铁器的全过程。铁器的出现，使金属冶炼和金属工具制造由国家垄断行为逐渐变成民间的职业。铁锅、铁勺和铁菜刀开始进入寻常百姓家，铁犁、铁铲和铁镐逐渐取代木石农具。廉价的铁制工具使各行各业工匠的数量急剧增加，加速了这些行业的技术更新。铁矛、铁剑和铁盔、铁甲武装了数量众多的兵士，军队亦进一步提高了战斗力。铁以前所未有的规模进入生产领域、军事领域和人们的日常生活，全面更新了人类的工具、农具和兵器，使人类活动的方式发生了深刻变化。
从公元前4000年到公元前1200年的2800年间，人类经历了四次技术上的飞跃，终于找到了满意的金属材料。公元前2000年赫梯人发明的炼铁技术，为3700年后的产业革命准备了最重要的材料基础；公元前4000年古埃及人炼出的红铜，则为6000年后的电气时代埋下伏笔。不幸的是，伴随着铁器的诞生，人类开始大规模砍伐森林，因为炼铁需要大量木炭，而锋利的铁器伐倒树木毫不困难。历史学家估计，到公元前500年，世界人口总数达到1亿，在发明金属工具之后3500年间，世界人口增加了16倍。
