忽必烈即位前，非常注重吸纳汉族学者协助谋划重大政事。他重用了汉族谋士刘秉忠。忽必烈称帝，国号元，是刘秉忠的主意。后来，刘秉忠向忽必烈推荐了一些朋友和学生，他们每个人都担任了元初的重臣。其中之一就是元代著名科学家郭守敬。

郭守敬，邢州（今河北邢台）人。他的祖父郭融博学多才，不仅精通经书，还精通数学、天文、水利。郭守敬年轻时，在祖父的影响下，对科学产生了浓厚的兴趣。当时，刘秉忠与好友张文谦正在邢州西南的紫金山讲学。郭荣送孙子去师从刘秉忠。郭守敬在那里认识了很多热爱科学的朋友，知识增长得更快。

忽必烈统一北方后，为发展农业生产，决定在这方面兴修水利，招揽人才。张文迁向忽必烈推荐郭守敬，忽必烈很快在开平（今内蒙古正蓝旗东）召见郭守敬。郭守敬对北方的水利情况十分熟悉，提出了当时兴修水利的六项措施。忽必烈听了非常满意，每一项听完都点头表示认可。最后，他感慨道：“让这样的人做事，他也不会摆架子吃东西了。”会见后，派郭守敬出任推动各河渠，办理江河水利。

两年后，郭守敬被送到了t他改善西夏地区的水利。那里连年战乱，河道淤塞，土地荒芜，生产受到严重破坏。郭守敬到达西夏后，经过详细勘察，动员民工疏通了一些既有的河道和堤坝，还开辟了一些新的河道。不到一年时间，全区900多万亩农田顺利灌溉，粮食丰收，人民生活也得到改善。

为加强大都至江南的交通，忽必烈派郭守敬勘察水路交通情况。经过郭守敬的勘察设计，不仅修复了原来的运河，还从大都到通州开辟了一条新的通惠河。这样，江南到大都的水运就畅通无阻了。

元世祖灭南宋后，更加注重农业的恢复拉尔生产。农业生产应使用历法。过去，蒙古一直沿用金朝颁布的历法。这个历法误差很大，连农业常用的节气都不准确。元朝攻克江南后，南方又改用历法。南北历法不同，更容易造成混淆。元世祖决定统一制定新历法。他下令设立编修历法的机构，称为太史局??（后称太史院）。郭守敬的同学王寻负责太史局。由于精通天文历法，郭守敬也被朝廷从水利司调到太史局，与王寻一起主持改历工作。

修历工作一开始，郭守敬指出研究历法，首先要注重观察，而观察又要借助仪器。原来，有一架从开封运来的天文观测机。浑天仪已经过时，无法获得可靠的数据。郭守敬设计了一套新的仪器。他觉得原来的浑天仪结构复杂，使用不便，于是创造了一种结构相对简单、刻度精确的简易仪器。他制造的仪器比旧仪器精致和准确得多。有了好的仪器，还需要准确的野外观察。公元1279年，郭守敬向元世祖汇报时，提议在太史书院新建四天台，同时在全国范围内进行大规模的天文勘测。这个大胆的计划立即得到了元世祖的认可。

经王迅、郭守敬等人研究，设置了27个测点全国各地。最北测点在铁勒（今西伯利亚叶尼塞河流域），最南测点在南海（今西沙群岛）。抽调十四名监测员到各地进行观察。郭守敬还亲自带人到几个重要的观察点进行观察。各地的观测点将所有得到的数据汇总到太史局。郭守敬在大量资料的基础上，用了两年时间编纂了一部新历法，名为《守时历》。这个新日历比旧日历准确得多。它计算出一年有365.2425天，与地球绕太阳公转的时间只相差26秒。这个历法与现在的公历（即公历）有相同的一年周期。然而，郭守敬的《寿时历》却比欧洲人早了302年。确立了公历。