Trong thời cổ đại, chiến tranh phụ thuộc nhiều vào sức người và chiến thuật. Trong thời kỳ đó, rất nhiều vũ khí quân sự được phát minh trở thành nỗi khiếp sợ của kẻ thù và khiến hậu thế kinh ngạc.
Oxybeles là một loại vũ khí “công nghệ cao” được người Hi Lạp sử dụng từ năm 375 trước công nguyên. Đây là một chiếc nỏ cỡ lớn đặt trên giá đỡ, bắn ra những mũi tên có khả năng xuyên giáp hạng nặng, với tầm bắn xa hơn nhiều so với nỏ thông thường. Loại vũ khí này được sử dụng phổ biến trong đội quân của Alexander Đại đế xứ Macedon.
Ballista là phiên bản nâng cấp của Oxybeles, với thay đổi lớn nhất là sử dụng hai đòn bẩy với lò xo xoắn để khai hỏa thay vì dùng lực đàn hồi của cánh cung. Ballista được sử dụng rất phổ biến trong đế chế Hi Lạp, La Mã cổ đại và trở thành từ gốc của khoa học đạn đạo (ballistic).
Ballista có nhiều phiên bản khác nhau. Một phiên bản cỡ nhỏ dành cho một xạ thủ trong quân đội La Mã được gọi là Scorpio (trái). Bản nâng cấp của nó là Cheiroballistra (phải), nghĩa là Ballista cầm tay, nhỏ và dễ thao tác hơn.
Polybolos là phiên bản tự động hóa của Ballista, có hộp nạp tên và hệ thống bánh xích giúp người sử dụng có thể bắn tiếp mà không cần nạp tên lại. Loại vũ khí này được ví như súng máy thời cổ đại.
Ballista có một phiên bản chuyên dùng cho nhiệm vụ công thành, với đạn đá thay cho những mũi tên. Loại vũ khí này có kích cỡ rất lớn.
Để phục vụ các cuộc công thành, người Hi Lạp đã phát triển máy ném đá (catapult), một vũ khí tầm xa cực kỳ uy lực, có thể làm sụp đổ những bức tường thành kiên cố. Loại vũ khí này đã được người La Mã và nhiều đế chế khác tiếp thu và cải biến trong suốt thời kỳ cổ đại.
Máy bắn đá dùng nguyên lý đòn bẩy và tính đàn hồi của cần để bắn đá đi. Loại vũ khí này gồm giá gỗ chôn xuống đất hoặc đặt trên bánh xe, có cần còn được gắn với giá bằng trục ngang, giỏ đựng đá nằm ở đầu cần. Khi sợi treo và cánh tay đòn vung lên thành tư thế thẳng đứng, đoạn cuối sợi dây treo tung ra đẩy viên đạn về phía mục tiêu với sức mạnh khủng khiếp. Có hai loại máy ném đá chính, loại thứ nhất dùng lực của dây lò xo xoắn để đẩy đá đi.
Loại thứ hai sử dụng lực đòn bẩy, tạo ra từ vật nặng ở đầu bên kia của cần. Loại máy ném đá này có thể đẩy đá xa và chính xác hơn loại dùng dây vặn xoắn.
Nếu máy bắn đá là vũ khí công thành tâm xa, thì xe đập thành (battering ram) là vũ khí phá thành tầm gần. Cấu tạo của nó khá đơn giản, gồm một khúc gỗ nặng treo trên giá đặt trên bánh xe. Khi tiếp cận mục tiêu, những người lính sẽ dùng lực tay kéo khối gỗ về phía sau lấy đà rồi đẩy mạnh nó về phía trước, tạo nên những cú đập mạnh.
Từ thời cổ đại cho đến trung cổ, xe đập thành đã chứng tỏ được sự hiệu quả của mình vì vật liệu xây dựng thời bấy giờ có kết cấu khá yếu, khó có thể chịu được những cú đập mạnh liên tiếp từ thứ vũ khí này. Những vết nứt sẽ xuất hiện và mở rộng cho đến khi một lỗ hổng đủ lớn được tạo ra. Lực lượng tấn công sẽ xâm nhập qua lỗ hổng này để tràn vào thành.
Tháp công thành, người Hi Lạp gọi là Helepolis, đã từng được sử dụng trong các trận chiến ở Hi Lạp từ những năm 300 TCN. Được thiết kế cho việc áp sát và xâm nhập những tòa thành cao của kẻ thù, đây thực sự là một tòa lâu đài di động nhiều tầng, được đẩy đi bằng sức người, có thể chở theo rất nhiều binh sĩ. Trêp tháp công thành cỡ lớn có nhiều cửa sổ để cung thủ và các loại vũ khí yểm trợ hạng nặng như Ballista khai hỏa.
Tháp công thành đôi khi là một biến thể nhiều tầng của xe đập thành, với "cú đấm ngàn cân" được trang bị ở tầng dưới cùng. Thiết kế này phổ biến trong quân đội La Mã.
Trireme – chiến thuyền ba tầng chèo - là một loại tàu cổ xưa, được sử dụng rộng rãi trong các cuộc thủy chiến của các đế chế Hi Lạp, La Mã và Phoenician cổ đại. Với lượng tay chèo lên đến 170 (thường là nô lệ) và trang bị những loại nỏ máy mạnh, Trireme là loại tàu chiến nhanh và có sức tấn công mạnh hàng đầu thế giới trong các thế kỷ trước công nguyên.
Những con thuyền này đóng vai trò rất quan trọng trong nhiều cuộc chiến lớn như chiến tranh Ba Tư, chiến tranh Peloponnesian. Cùng với thời gian, Trireme được nâng cấp thành những tàu chiến lớn và nhiều tay chèo hơn như Quadriremes, Quinqueremes.
Nếu Trireme là những bá chủ đại dương thời cổ đại thì "Móng Archimedes" là khắc tinh của chúng ở bờ biển.
Từng có một cuộc tranh luận về việc móng vuốt này hoạt động như thế nào, nhưng rồi vũ khí này được cho là giống như một loại cần cẩu, trang bị móc kéo có thể nhấc một phần tàu tấn công khỏi mặt nước. Móng Archimedes có cấu tạo khá đơn giản. Đó là hệ thống cần trục bằng gỗ, có dây chắc chắn và móc ở đầu, hoạt động theo nguyên lý đòn bẩy. Móng vuốt của Archimedes hay còn gọi "bàn tay sắt" là một trong những siêu vũ khí nổi tiếng của người cổ đại. Vũ khí "bàn tay sắt" do nhà toán học lừng danh Archimedes sáng chế ra để bảo vệ thành phố Syracuse trước các cuộc tấn công của hải quân La Mã và trong cuộc chiến Punic lần 2, bảo vệ thành công thành phố này trước đợt tấn công của Roma.
Nỏ Gia Cát là một loại nỏ liên thanh nổi tiếng tiếng nhất trong các loại vũ khí cổ đại của Trung Quốc, thậm chí chúng còn xuất hiện sớm hơn nỏ của châu Âu thời Trung Cổ. Ban đầu, nỏ xuất hiện từ thế kỷ thứ 4 TCN. Các kỹ sư Trung Hoa thời đó đã tạo ra một chiếc nỏ có thế bắn liên tiếp 10 mũi tên chỉ trong vỏn vẹn 15 giây. Tên gọi nỏ Gia Cát được sử dụng rộng rãi trong các cộng đồng lịch sử và khoa học. Cây nỏ được đặt tên theo Gia Cát Lượng, vị quân sư nổi tiếng thời Tam Quốc, đồng thời là người sáng chế và cải tiến loại vũ khí này. Nỏ Gia Cát hoạt động giống như vũ khí bán tự động. Khi đem so sánh với nỏ Châu Âu cần phải lặp lại trước khi bắn tiếp thì vũ khí này đã có những bước tiến vượt bậc. Khi sử dụng nỏ, tay trái giữ cán nỏ, tay phải di chuyển cần gạt hình chữ nhật lên xuống để bắn. Khác với những chiếc nỏ cần sự hỗ trợ của bả vai, nỏ Gia Cát chỉ cần dùng tay không bắn với tốc độ nhanh và sức sát thương lớn hơn nhiều.
Hỏa Long Xuất Thủy chính là tiền thân của tên lửa nhiều tầng và tên lửa đạn đạo được sử dụng tại Trung Quốc vào thời Minh. Loại vũ khí này có một băng đạn gồm 3 tên hỏa tiễn nằm ngay ở miệng tên lửa. Chúng được sử dụng để bắn vào tàu của quân địch trong các trận hải chiến và trong các trận chiến chống lại bộ binh. Hỏa Long Xuất Thủy có thể được sử dụng như một vũ khí bao vây tầm xa hoặc để phòng thủ ở các vùng ven biển. Khi châm ngòi, nó sẽ tự động đốt cháy ngòi nổ của tên lửa phía sau con rồng. Khi đó, đạn sẽ được bắn ra và tiêu diệt kẻ thù.