中國機械工程技術史的現代研究發端于20世紀二、三十年代，兩位清華大學的學者張蔭麟、劉仙洲以及王振鐸先生是中國機械史早期研究的主要開拓者。
張蔭麟早在20年代就開始涉獵中國古代機械史的某些專題研究。劉仙洲的研究工作雖起步稍晚一點，但從20世紀30年代初起，他長期致力于中國機械史的系統發掘整理與研究，成為這一研究領域最重要的奠基人。
早期的開拓工作
劉仙洲，原名鶴，又名振華，字仙舟，河北完縣人。劉仙洲是我國著名機械工程學家和工程教育家。他1918年畢業于香港大學機械工程系， 1921~1924年任河北大學物理教員、農業機械講師。1924~1928年任北洋大學教授、校長，1928~1931年任東北大學教授、機械系主任等職，1932年，受聘清華大學機械工程系教授。
劉仙洲早在20年代，他就開始關注中國古代的科技文化遺產。到清華大學執教后，他結合工程教育與教學，從事古代機械工程史研究。他有感于當時我國本國文字的工程著述極其匱乏情況，認為當時的工程教育急需開展三方面的研究：一是整理舊工程書籍；二是從速編訂工程名詞；三是有計劃編譯新工程書籍和編輯刊行工程刊物，而史料整理是其最基礎的工作。
1933年5月他在《清華周刊》（工程專號）第39卷第10期發表了“中國舊工程書籍述略（以民國以前線裝書為限）”一文，對民國前中國的工程技術書籍進行了梳理，整理出了較為詳細的書目提要。此后，他開始從事分門別類整理機械史料和專題研究工作，發表多篇有關論著、論文。如《中國機械工程史料》，《清華大學土木工程會刊》（1935）；“三百年前中國第一位機械工程學家王端節傳略”（《清華機工月刊》，1937）；“中國在熱機歷史上的地位”（《東方雜志》39卷18期，1943）；“王征與我國第一部機械工程學”（《真理雜志》第1卷第2期，1944）；“三十年來之中國機械工程”（收入中國工程師學會主編《三十年來之中國工程》一書，1946年）。
其中，1935年出版的《中國機械工程史料》（約6萬字）一書，首次依據現代機械工程分類方法整理了中國古代機械工程的史料，初步勾勒出了中國古代機械工程的基本輪廓。此后發表的“王征與我國第一部機械工程學” 和“中國在熱機歷史上的地位” 均屬于專題研究的重要成果，在學術界產生了較大影響。
對新中國機械史研究的推動和促進
新中國成立后，他曾擔任過清華大學院系調整籌委會主任、第二副校長、副校長、第一副校長、國家科委技術科學學科組副組長、國務院科學規劃委員會機械組副組長及多種學術任職，1955年被選聘為中國科學院學部委員和中科院中國自然科學史研究委員會委員、中國古代自然科學及技術史編輯委員會委員。
1952年，劉仙洲向教育部提議在清華大學成立“中國各種工程發明史編纂委員會”，當年10月獲得批準，這一機構后改為“中國工程發明史編輯委員會”。在20世紀50年代至60年代前期，劉仙洲做了一系列的機械史專題研究工作，發表了多篇論文，并主持匯集中國工程史料的工作。
1962年他編著的《中國機械工程史（第一編）》一書由科學出版社出版，這是第一部中國古代機械史的著作，論述了中國古代的主要機械發明成就，從機械原理和原動力的角度出發整理了中國古代機械工程發展的脈絡。他在該書緒論中指出：“根據現有的科學技術科學知識，實事求是地，依據充分的證據，把我國歷代勞動人民的發明創造分別的整理出來，有就是有，沒有就是沒有。早就是早，晚就是晚。主要依據過去幾千年可靠的記載和最近幾十年來，尤其是解放以后十多年來在考古發掘方面的成就，極客觀地敘述出來。”
這部著作中的《中國在原動力方面的發明》一章，很快被譯成英文在美國出版的Engineering Thermophysics in China雜志第1卷第1期上發表。
1963年，劉仙洲撰寫的《中國古代農業機械發明史》問世，這是第一部全面介紹中國古代農業機械成果及其發展的著作。該書出版后，引起日本學術界的高度重視，著名農史專家天野元之助將其摘譯，在日本《東洋學報》（1965年第47卷第4號）詳加介紹和評論。上述兩部在國內和國際上長期被科技史和相關領域學者反復引用，成為研究中國機械史的奠基之作。
他在專題研究方面代表性成果包括：
1.“中國農具工作的略史和發展”，中國農業，1951年；
2.“中國在原動力方面的發明”，機械工程學報（第1卷1期），1953年；
3. “中國在傳動機方面的發明”，機械工程學報（第2卷1期），1954年；
4.“中國在計時器方面的發明”，天文學報（第4卷2期），1956年（1956年9月在意大利召開的第8屆國際科學史會議上宣讀）；
5. “介紹‘天工開物’”，新華社半月刊，1956年；
6.“王徵與我國第一部機械工程學”，機械工程學報（第6卷第3期），1958年（重新修訂）；
7.“中國古代對于齒輪系的高度應用”（與王旭蘊合作），清華大學學報（第6卷4期），1959年；
8.“中國古代在簡單機械和彈力、慣力、重力以及用滾動摩擦代替滑動摩擦等方面的發明”，清華大學學報（第7卷2期），1960年；
9. “中國古代在農業機械方面的發明”，農業機械學報（第5卷第1期、第2期連載），1962年；
10.“我國獨輪車的創始時期應上推到西漢晚年”，文物（第6期），1964年。
20世紀五十年代末六十年代劉仙洲在清華大學培養了攻讀機械史的研究生，同時親自指導青年教師與圖書館員開展機械史料的搜集、整理工作，并一起進行抄錄資料卡片的工作。此外，他還指導研究生和博物館研究人員開展了古代重要機械的復原工作。
但1966年由于遭遇“文革”，機械史研究工作被迫中斷。“文革”后期，“中國工程發明史編輯委員會”的工作得到部分恢復。1970年，80歲生日那天，劉仙洲工工整整寫下《我今后的工作計劃》，并擬出《中國機械工程發明史》第二編共十章的寫作提綱。文獻資料基本齊備，并已有部分初稿�？上б蚩陀^情況和疾病，未能如愿。文革后期他發表了兩篇機械史的論文：“我國古代慢炮、地雷和水雷自動發火裝置的發明”，文物，1973（11） ；“我國古代在計時器方面的發明”，清華北大理工學報，1975 年第2卷第2期。
治學方法及其特色
劉仙洲研究中國古代機械工程發明史，治學嚴謹，一絲不茍，鍥而不舍。他的研究方法與特點可概括為以下幾個方面：
一是 廣查古籍文獻，發掘一手資料，對古文獻資料進行甄別和考證。
二是科學分類，歸納整理。按照近代機械工程的體系、分類方法和研究方法，歸納、分析和研究中國古代各類機械工程發明。例如，他在《中國機械工程發明史》第一編中，先從一般機械的定義和分類入手，然后按照簡單機械，彈力、慣力、重力和摩擦力，原動力與傳動機五個方面展開論述�！吨袊糯r業機械發明史》的編撰體系，則是將我國古代農具和機械分為整地機械、播種機械、中耕除草機械、灌溉機械、收獲及脫粒機械、加工機械和農村交通運輸機械七大類，將我國古代豐富多采的農用工具和機械分門別類地納入機械工程體系中。
三是注重文物考古資料，把古文獻資料和考古出土實物結合起來開展研究，以揭示古代機械工程發明的真實歷史和發展規律。他密切關注考古新發現，有時還親臨現場考查，研究出土文物。如果看不到實物，便向各博物館索要圖片和拓片，與古文獻資料珍藏在一起。
四是通過古文獻記載和出土文物的分析，結合科學實驗，開展古代機械的復原。如1959年他提出了張衡渾象的齒輪和凸輪傳動機構復原模型。后與中國歷史博物館王振鐸合作，將張衡渾象復制成能運轉的木制模型，在歷史博物館展出。
五是關注留存下來的傳統機械的研究，通過傳統機械實物的考察，分析古代機械的結構原理。多重證據，還原歷史。由今見昔，察今知古。
六是注重古為今用，機械史的研究成果在機械工程名詞統一和自編機械工程教科書工作中發揮了重要作用，并對機械工程教育產生了深遠的影響。他修訂的《英漢機械工程名詞》在確定術語、譯名和編寫中文機械工程教科書時都很好地吸收了機械史的成果，他創譯的“熵”“焓”等名詞非常貼切。他通過古代文獻考察得到的機械定義，被用于最早的中文機械原理教科書中。
劉仙洲認為當時有三種現象需要實事求是的科技史研究來糾正：一是西方寫科學技術史的學者只知道中國有造紙、印刷、羅盤、火藥四大發明，此外似乎就沒有其它重要的發明了；二是自1840年鴉片戰爭后，中國有一部分知識分子過于自卑，認為中國在各種科學技術的發明上都不如西方，甚至認為什么也沒有；三是另一部分讀書人妄自尊大，認為中國什么都有，“在古書里找到同西洋某種科學技術影似的一兩句話，就加以穿鑿附會，說這些東西我國早已發明過”。
劉仙洲對機械史的外史問題也有所關注。他在《中國機械工程史（第一編）》結束語中指出：“大體上在14世紀以前，中國的發明創造不但在數量上比較多，而且在時間上多數也比較早。但是在十四世紀以后，除火箭一種仍有顯著的發展以外，一般的我們都逐漸落后于西洋。這種現象的基本原因是和社會制度有關。”他認為，西方資本主義社會科學技術與商品生產互為因果，互相推進，而中國封建社會的統治者對于科學技術的發明創造一向不夠重視，八股文取士的制度使絕大多數知識分子對科學技術的發展不熱心。
劉仙洲上述治學方法和學術觀點，至今仍有重要的啟發作用和現實意義。上世紀80年代初，清華大學在校圖書館成立了科技史研究組，恢復了機械史研究工作。先后編成《中國科技史料選編》的《農業機械》《陶瓷、琉璃、紫砂》及《交通工具》分冊，兩個分冊出版后在學術界產生了一定的影響。90年代初學校又成立了科技史暨古文獻研究所，為進一步開展相關工作提供了保障。正是繼承和發揚了劉仙洲研究機械史的優良傳統，機械史研究在清華又有了長足的發展�！吨袊糯r業機械工程發明史（補編）》（張春輝著）和《中國機械工程發明史（第二編）》（張春輝、游戰洪、吳宗澤、劉元亮著）分別于1998年和2004年由清華大學出版社出版，完成了劉仙洲未竟的工作。這兩部書繼承了劉仙洲的學術思想和編史工作，在學術上又有新的發展。研究所還承擔了國家博物館復原唐代江東犁的委托項目（張春輝、戴吾三等），復原的江東犁成為國家博物館的重要展品。研究所承擔的國家自然科學基金項目（高主持）從歷史文獻、理論和仿真實驗方面進行水運儀象臺的復原研究，利用文獻學、現代機械學原理以及計算機仿真技術，對水運儀象臺進行深入的分析研究。近年來，劉仙洲開創的機械史研究領域得到了進一步的拓展，國內同行的工作又延伸到了傳統機械的田野調查與相關文化遺產的保護方面，《中國傳統機械調查研究》（張柏春、張志中、馮立等著，大象出版社，2006年）和《中國手工藝·工具器械》（馮立、關曉武、張志中等著，大象出版社，2016年）是這方面的突出成果，科技史暨古文獻研究所師生（戴吾三負責）還翻譯了《手藝中國：中國手工業調查圖錄》（北京理工大學出版社，2011年）一書，相關工作對傳統技藝類非物質文化遺產的保護起到了促進作用�！�