Величайшим ученым эпохи эллинизма был математик, механик и физик Архимед из Сиракуз (ок. 287—212 до н. э.). Он получил образование в александрийском Мусее и некоторое время работал там, а затем возвратился в родной город и стал придворным ученым тирана Гиерона II. В своих многочисленных трудах Архимед развил ряд принципиальных теоретических положений (суммирование геометрической прогрессии, весьма точное вычисление числа «пи» и др.), обосновал закон рычага, открыл основной закон гидростатики (с тех пор его называют законом Архимеда). Среди античных ученых Архимед выделялся стремлением сочетать научно-теоретическую и практическую деятельность. Ему принадлежит большое количество инженерных изобретений: «архимедов винт», применявшийся для полива полей, планетарий – модель небесной сферы, позволявшая проследить движение небесных тел, мощные рычаги и др. Когда римляне осадили Сиракузы, по проектам Архимеда были сооружены многочисленные оборонительные орудия и машины, с помощью которых жителям города удавалось в течение долгого времени сдерживать натиск врагов и наносить им значительный урон. Однако, даже работая над устройствами, рассчитанными на практическое применение, ученый постоянно выступает в защиту «чистой» науки, развивающейся по собственным законам, а не под влиянием запросов жизни.

Как и ранее в греческом мире, в эпоху эллинизма приоритетной сферой математики была геометрия. В школьных учебниках изложение основных геометрических аксиом и теорем и по сей день дается в основном в той же последовательности, которую предложил ученый из Александрии Евклид (IIIв. до н.э.). Он подытожил и систематизировал достижения греческой геометрии и арифметики предшествующих веков в труде «Начала», остававшемся «последним словом» в этих дисциплинах вплоть до XVIII в.

Другой известный математик, работавший в александрийском Мусее, – Аполлоний Пергский (ок. 260—170 до н. э.) разработал наиболее полную для периода античности теорию конических сечений.

В области астрономии уже в начале эпохи эллинизма было совершено выдающееся открытие, намного опередившее свое время. Почти за две тысячи лет до Николая Коперника Аристарх Самосский (ок. 310—230 до н. э.) выдвинул гипотезу, согласно которой не Солнце и планеты вращаются вокруг Земли, как полагали раньше, а Земля и планеты вращаются вокруг Солнца. Однако Аристарх не сумел должным образом обосновать свою идею, допустил серьезные ошибки в вычислениях и тем скомпрометировал свою гелиоцентрическую теорию. Она не была воспринята наукой, по-прежнему признававшей геоцентрическую систему, основывающуюся на том, что Земля являлась центром мироздания. Отказ от признания теории Аристарха не был связан с причинами религиозного характера. Просто ученые посчитали, что эта концепция неадекватно объясняет природные явления.

Сторонником геоцентризма был и Гиштрх (ок. 180/190—125 до н. э.). Именно этот известный астроном составил лучший в античности каталог видимых звезд, разбив их на классы в зависимости от звездной величины (яркости). Классификация Гиппарха, несколько модифицированная, принята в астрономии и по сей день. Греческий ученый весьма точно вычислил расстояние от Земли до Луны, уточнил продолжительность солнечного года и лунного месяца.