魏晉時期最突出的思想為玄學。其基本教義為《老子》、《莊子》和《周易》，合稱三玄。玄學家好談玄理，不談俗事，稱為清談，流行於魏晉時期。在240－248年的醞釀期，以何晏和王弼為代表。玄學家認為壹件事情需要理解其背後原理的“本”方能了解平常所見的表象“末”，進而提倡“以本統末”的理論。又視“本”為“道”，類比為沒有形體的“無”（原理、趨勢），視“末”為實際現象的“有”，並認為“萬物皆產生於無”。之後到司馬炎篡魏建晉為止。以阮籍、嵇康等竹林七賢為代表，他們把焦點由思想理論轉移到人生問題上。當時政治黑暗，司馬氏壓抑士大夫，並以崇尚名教自飾。阮籍及嵇康等人遂主張儒教的禮法壓抑人性且虛偽，強調人性的解放與自然真誠。他們帶頭實現這個理論，形成壹股解放個性的風氣。到了西晉之後，清談之風蔓延到政治舞臺上，握有大權的達官顯要也大談玄理，呈現壹批在世又欲出世的權貴。裴頠對“自然”提出修正，主張“崇有論”，以矯“虛誕之弊”。郭象進壹步證明“名教”即是“自然”，玄學發展至此已臻終結。
文學
三國文學中以曹魏文學最盛，分為前期的建安文學及後期正始文學，其中建安文學反對靡弱詩風，被後人稱為“建安風骨”或“漢魏風骨”。這是因為自曹操等人熱愛文學，各地文士紛紛吸附。建安文學代表人物為“三曹”及“建安七子”。其他的文學家還有邯鄲淳、蔡琰、繁欽、路粹、丁儀、楊修、荀緯等。曹操具有沈雄豪邁的氣概，古樸蒼涼的風格，著有《短歌行》、《步出夏門行》、《讓縣自明本誌令》等文。曹丕及曹植才華洋溢，曹丕著有文學評論《典論》，導致文學開始自覺發展。曹植具浪漫氣質，著有《洛神賦》等文。建安七子與蔡琰、楊修等人關心現實，面向人生。他們的作品反映了漢末以來的社會變故和人民所遭受的苦難，例如蔡琰的《胡笳十八拍》。
正始文學時期，由於當時政治形勢受司馬氏操控，文人備受壓抑，難以直接面對現實。當代的作家有竹林七賢及何晏、夏侯玄、王弼等“正始名士”。正始作家大都通老莊，好玄學，對於社會現實，不如建安作家那樣執著，持比較沖淡的態度。嵇康的散文和阮籍的《詠懷詩》尚繼承“建安風骨”，敢於面對司馬氏政權，其文學都有鮮明的特色。《文心雕龍》提到“正始明道，詩雜仙心。何晏之徒，率多浮淺。惟嵇誌清峻，阮旨遙深，故能標焉。”說明了阮籍和嵇康皆為正始文學的代表詩人。
孫吳作家有張纮、薛綜、華覈、韋昭等。張纮為孫權長史，與建安七子中的孔融、陳琳等友善。薛綜為江東名儒，居孫權太子師傅之位。華覈則是孫吳末年作家。蜀漢作家有諸葛亮、郤正、秦宓、陳壽等。諸葛亮作為壹代政治家，他的作品有《出師表》等。其文彩雖不如他人艷麗，然而內容淺易，情意真切，感人肺腑，表露出他北伐的決心。秦宓所寫的五言詩《遠遊》，是蜀漢流傳下來唯壹可靠的詩篇。蜀中亦多有學者為書作註的人，如：許慈、孟光、尹默、李撰等，蜀漢後期有譙周、郤正都醉心於文學，譙周更寫下了《仇國論》討論過度征戰的缺點，及郤正以依照先代的儒士，借文表達意見的《釋譏》。東漢末年亦有研究纖圖、術數的學者，如：任安、周舒，之後出現了周群、杜瓊等人。
宗教
本時期為佛教與道教的發展時期。由於天災人禍不斷，人民紛紛尋求宗教慰藉心靈，使得能夠逐漸發展。南中諸夷族的原始宗教，具有很濃厚的巫風。其性質是神話崇拜，具有多神、崇拜自然的特點。在西南地區有長遠的歷史，形成早期的原始宗教。
東漢民間流行黃老之學，張角建立的太平道和張道陵建立的五鬥米道，都是道教的雛型，到西晉時則稱為天師道。張角的太平道，在道術方面較重“守壹”。以《太平經》為主要經典，又稱《太平青領書》。內容龐雜，“其言以陰陽五行為家，而多巫覡雜語”。其社會思想既有維護統治階級利益的部分，也有呼籲公平、同情貧苦人民的部分。張角擁有廣大教眾後，於東漢末期率其弟張梁、張寶與部屬張曼成發起“黃巾之亂”，最後被東漢朝廷擊敗而漸漸式微。張道陵於漢順帝時入四川鶴鳴山，造作符書，創建五鬥米道。該教可能是黃老之學與當地宗教的融合，符文大多源至巴蜀巫術。五鬥米道與太平道教理教義基本相同，事奉黃老之學。張魯使教內“祭酒”誦習《老子五千文》，《道德經》成為主要經典之壹。《老子想爾註》反映早期道教對《老子五千文》的解釋。經其子張衡（道教）、其孫張魯的傳播，流行於四川與漢中壹帶。張魯投降曹操後，五鬥米道由巴、漢流傳到江南壹帶。
藝術
三國在藝術方面，孫吳有很多擅長各種藝術的名士，時人稱為吳國八絕。有吳範、劉惇、趙達、嚴武、皇象、曹不興、宋壽和鄭嫗等人。例如嚴武擅下圍棋，同輩中無人能勝，有“棋聖”之稱。至於曹不興則擅繪畫、皇象則擅書法。
東漢末期動亂不堪，許多畫作被破壞或遺失，造成損失。佛教的發展，開始出現以佛教為題材的繪畫。三國時期的繪畫，因政治動蕩、社會混亂而沒有取得更大的成就。三國之前，繪畫主要屬於“百工之苑”的技術性職業，尚未藝術化，在本時期開始出現現實題材的內容，亦是由禮教宣傳過祖”，作品有《維摩詰圖》、《釋迦牟尼說法圖》等等。他曾把五十尺絹連在壹起，畫壹人像，心明手快，渡到宗教宣傳的時期。畫家也由黃河流域的中原地區轉移到長江流域。當時有名的畫家有曹不興、吳王趙夫人，其他擅長繪畫的有桓範、楊修、魏帝曹髦、諸葛瞻等人。孫吳曹不興，擅長寫生與繪佛畫，被譽為“佛畫之運筆而成。其作品富有立體感，世人有“曹衣出水”之稱，號“曹家樣”。孫吳吳王趙夫人，吳丞相趙遠之妹，善於書法山水繪畫，時人譽為“針絕”。她為孫權繪各國山川地形圖，實開山水畫之首。漢末楊修相傳有《西京圖》等畫。曹魏桓範擅長丹青，魏帝曹髦繪畫人物史實。蜀漢諸葛瞻亦工書畫。
書法藝術興起於東漢末期。從三國到西晉，隸書仍是官方通行的書體，當時的碑刻大都用隸書寫成。曹魏碑文書體方正、氣度莊嚴，少有生趣。孫吳的著名碑刻有《天發神讖碑》、《禪國山碑》、《谷朗碑》等。其中《天發神讖碑》以圓馭方，勢險局寬，氣勢雄偉奇恣。本時期主要的書法家有張芝、張昶、韋誕、鐘繇及皇象等人。張芝擅章草，並創新出今草。出名的作品有《冠軍帖》、《今欲歸帖》等。張昶為張芝季弟，擅長章草與隸書。韋誕總結書法經驗，著有《筆經》。其中“夫工欲善其事，必先利其器。”，正是他的名言。鐘繇《宣示表》、《薦季直表》等作品為楷書經典之作。皇象擅小篆、隸書，尤精章草。流傳作品有《急就章》、《文武將隊帖》及《天發神讖碑》等。
科技
馬鈞擅長機械應用，提升生產量，制作出水轉百戲和失傳的指南車，榮獲“天下之名巧”的美譽。他改良漢代的織綾機，使織出花紋具立體感，能與蜀錦相媲美。改良漢末畢嵐的龍骨車，發明出龍骨水車來灌溉較高位的農田。現在部分梯田仍在使用。他還將發石車改造成輪轉式發石車，提升拋擊量與速度。
諸葛亮為了方便在山地棧道運輸，發明“木牛流馬”。其構造歷代文獻有異，學者壹般認定為獨輪車及四輪車，目前未有確實答案。他發明可以連續發射十箭的連弩，又稱“元戎”。另外，據說源自諸葛亮設計，用於傳遞信號的孔明燈，被公認為熱氣球的始祖；據《事物紀原》載，諸葛亮也最早制造出長槍的原形，長槍最後漸漸取代了長矛。
劉徽為數學家，他自幼對數學有興趣，學習中國古代數學的重典《九章算術》。年長後於曹魏景元四年（263）著有《九章算術註》，借由自己的註解，使其容易了解。之後劉徽又著作《九章算術註》的第十卷，即《重差》（後稱《海島算經》），這使中國測量學達到登峰造極的地步。
關於其他技術，天文學方面，有先後擔任孫吳與西晉太史令的陳卓。他收集各派資訊，完善中國星官體制，並繪制星圖，為後世所沿用。裴秀的“制圖六體”在中國地圖史上占有重要的位置。蒲元擅長鍛鏈鐵器，他在斜谷（今陜西省眉縣西南）為諸葛亮制刀。其刀能劈開裝滿鐵珠的竹筒，譽為神刀。由於孫吳位於江南地區，水路發達，造船技術發達。其戰船有的上下五層，有的還能容納士兵三千人。蜀漢盛產井鹽，利用當地的天然氣來煮鹽，提升了產能。
醫學 華佗，字元化，沛國譙郡人，又名旉，漢未沛國譙（今安徽亳縣）人。他醫術全面，尤其擅長外科，精於手術，被後人稱為“外科聖手”、“外科鼻祖華佗畫像雕像集萃（20張）”。精通內、婦、兒、針灸各科，外科尤為擅長。他曾用“麻沸散”使病人麻醉後施行剖腹手術，是世界醫學史上應用全身麻醉進行手術治療的最早記載。又仿虎、鹿、熊、猿、鳥等禽獸的動態創作名為“五禽之戲”的體操，教導人們強身健體。後因不服曹操征召被殺，所著醫書《青囊書》已佚。今亳州市有“華佗庵”等遺跡。