与此同时，大批蒙、汉等各族人迁入中亚和西亚诸地。当旭烈兀西征时，除大批蒙古军外，曾征调汉人匠师上千人随征，其中包括使用火药的火枪手。中国发明的火药辗转经过阿拉伯而传入欧洲，对世界文明的发展作出了贡献。著名的全真道士丘处机和政治家耶律楚材都曾亲历中亚；旅行家常德奉使于旭烈兀，且远及呼罗珊诸地。
东西方之间政治、经济关系空前密切，人口交互迁移，文化上的交流也因此更为发达。中亚城邦中所习行的理算、朴买与商业斡脱组织等制度，都在元朝的政治制度、社会生活中产生了影响。一些色目权臣，也多惯于把中亚的统治制度强行推行于汉地，这种情况直至成宗以后才有所改变。
回回的优秀科学成果(如医学、天文学等)传入中国后，受到元朝人民的欢迎。著名的回回天文学家札马鲁丁在至元四年(1267年)进《万年历》，忽必烈曾一度下令颁行。札马鲁丁又造咱图哈剌只(斜环仪)、咱突朔八台(方位仪)、鲁哈麻亦渺凹只(斜纬仪)、鲁哈麻亦木思塔余(平纬仪)、苦来亦撒麻(天球仪)、苦来亦阿儿子(地球仪)、兀速都儿剌不(观象仪)等天文仪器，元朝为此专设有回回司天台。在当时元廷的秘书监里，保存有大量天文历算书籍和仪器，其中不少是回回人发明的天文仪器。
回回医学颇负盛名。元朝在太医院下设广惠司，掌修制御用回回药物及和剂，以疗治诸宿卫及在京孤寒者。叙利亚人、景教徒爱薛是广惠司的创建人。回回药物与验方在当时社会上引起了普遍重视，秘书监中保存有《忒毕医经十三部)(忒毕，阿拉伯语医学)。刘郁《西使记》中记载着中亚人使用的几种特效药物：阿只儿，治马鼠疮、妇女损胎及打补内损，用豆许咽之自消。阿息儿，治妇女产后胞衣不下；又治金疮脓不出，嚼碎敷疮上即出脓痊愈。奴哥撒儿，治金疮、肠与筋断者，嚼碎敷之自续。明初刻本《回回药方》，据考证系阿拉伯著名医学家依本·贝塔儿的《简救法》一书的译本，大概是元代译出的。忽思慧所著的《饮膳正要》，是一本研究食物医药学的专著，其中也保存了一些回回药物及方剂。
大食人也黑迭儿是出色的建筑工程师，忽必烈时任茶迭儿局诸色人匠总管府达鲁花赤，兼领监宫殿。在大都宫城的设计中，心讲目算，指授肱麾，咸有成画。后与张柔等同行工部事，管领修筑宫城。尼泊尔著名的绘画雕塑家阿尼哥，中统元年受帝师八思巴之招，率领匠师80人造黄金塔于吐蕃。后从帝师入京，以塑绘和工巧著名一时，两都寺观的塑像，多数由他塑造。制炮家阿老瓦丁和亦思马因是伊利汗阿八哈应忽必烈之命派遣来元朝的，他们所造的巨炮(一种投石机)具有强大的摧毁力，元军攻破襄阳与常州时，多借此种武器。
元代，中国文化在波斯等地均得到广泛传播。随同旭烈兀西征的有中国天文学家多人，其中一人名包蛮子(译音)最为著名。中国的天文推步之术，是由他传授给伊朗的著名天文学家纳速剌丁的。汉人学者李达时、倪克孙(均为译音)参与了伊利汗国丞相拉施特所编纂的世界历史名著《史集》一书。《史集》中有关蒙古及元朝的某些史实，主要是得自1283年出使伊利汗国的元朝丞相孛罗的口授。当时他已留驻在那里。拉施特还主编过《伊利汗的中国科学宝藏》一书，此书是关于中国医学的百科全书。孙思邈的《千金要方》也被译成波斯文。元朝医师采用放血疗法治愈了合赞汗的眼疾。受中国的建筑与绘画艺术影响的圆穹形建筑和绘画的手法与题材，在西亚极为流行。元朝的纸钞制度，曾一度在伊利汗国实行（蔡美彪等《中国通史》第七册）。
五、欧洲诸国
蒙古的几次大规模西征和四大汗国的建立，使中国与欧洲交往空前发展。欧洲的贡使、商人、旅行家和传教士络绎东来。其中，马可·波罗以他的游记著称于世。
马可·波罗出生在意大利威尼斯的商人家庭。他的父亲尼哥罗与其叔父马菲奥从君士坦丁堡渡黑海，前往金帐汗国的都城萨莱经商。由此继续东行，至布哈拉城。大约在至元二年(1265年)夏，到达上都，受到忽必烈的接见。忽必烈决定派遣使臣出使罗马教廷，并以尼哥罗兄弟充副使随行，请教皇能派遣熟知基督教教义、通晓七种艺术者百人来华。中途使者因病滞留，以国书交给尼哥罗兄弟继续西行，于1269年抵达阿克儿，向教廷呈递了蒙古的国书，回到了威尼斯城。1271年，他们携带尼哥罗之子马可·波罗陪同教皇所派遣的两名宣教士尼古勒与吉岳木东来。二位宣教士在半途因惧怕危险而不前行，遂将教皇致大汗的信交给尼哥罗等代为送达。他们父子叔侄三人在路上走了三年半，于至元十二年(1275年)夏到达上都。他们路经的线路大致就是古代东西贸易的交通要道--丝绸之路。在路经伊利汗国时，还曾到过许多波斯城市。其后越过帕米尔高原，到达可失哈耳(今新疆喀什)，取道南疆东行经鸭儿看(今叶城)、忽炭(今和田)、罗不(今若羌)，复经沙州(今敦煌)、肃州(今玉门)、甘州(今张掖)、额里折兀(今武威)、额里哈牙、天德军(即丰州，今呼和浩特市东白塔古城)、宣德州(今河北宣化)、察罕脑儿行宫(今河北沽源县北)等地而至上都（韩儒林主编《元朝史》下册）。马可·波罗在其《行纪》中说他也曾奉使云南、江南及占城、印度诸地，在扬州做官三年。至元二十八年(1291年)，忽必烈应伊利汗国的请求，把阔阔真公主嫁给阿鲁浑汗。马可·波罗随同阿鲁浑的使臣护送公主，由海道西行。于1292年左右抵达伊利汗国，完成了护送任务。马可·波罗继续西行，1295年返抵威尼斯。根据他口述在旅途和在元朝定居期间的见闻，整理出版的《马可·波罗行纪》，传播甚广，极大地加强了欧洲人对东方的了解
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