在自然界中，人類並不是最強大的，但卻是最聰明的，因而才能夠成為取得令人矚目的文明成就。早在原始社會時，古人便已經能夠利用自己的智慧來提升自己的「武力值」，用於獵殺動物和擊敗敵人。在許多古裝劇中，都曾出現過一種大型器械，它可以將石塊、彈藥發射出去，遠距離地重創敵人，這便是拋石機。
談及拋石機這樣的「黑科技」，不得不對一件古人的狩獵工具：石球。顧名思義，石湫便是用石頭製成的球狀物。這種工具大概是經由石塊發展而來的，是用於投射的武器。在許家窯—侯家窯遺址中，曾出土有大量大小不等的石球。
如圖所示，這類石球看起來頗似後來的「炮彈」。當時古人在狩獵時，便是成群結隊地攜帶弓箭和石球，與獵物進行搏鬥。關於石球的用法，學界存在多種說法，除了直接用以手拋外，還有栓繩投擲說。將石球拴起來卯足力氣投出，大體可以視為後世投石機的雛形。
至遲到戰國時，我國已經出現了用於攻城拔寨的拋石機。與此前手工投擲不同，這種大型器械成了戰場上的大殺器，可以在中遠距離拋擲大型石塊，用於擊潰城垣和重創守城敵人。不過，早在兩千多年前的戰國時期，尚無彈性超強的彈簧，古人是如何將石塊投擲出去的呢？
其實，要理解這個問題，可以想類比下這個問題：古人在沒有彈簧的情況下，不照樣製造出了強弓硬弩這樣的武器麼？同樣的道理，即便沒有彈簧，但古人的智慧卻往往能夠創作出令人稱讚的奇蹟。
早期的拋石機，有單梢和多梢之分，均靠人力在遠離拋石機的地方一同拉連在橫杆上的梢來將石彈拋出。梢，也稱炮梢，被架在大型的木架上，其一頭用繩索拴著皮套，用於盛放石彈，另一頭則繫著許多繩套，用於供人拉拽。
拋石機的原理，主要是利用了槓槓原理，靠著人力突然拉拽，將另一端的石彈彈射出去，如同一個加長版的手臂一般。在實戰過程中，拋石機也經過了不斷的改良。
宋代以前的拋石機，主要是靠人力或畜力發射，即以強壯的士兵或戰馬同時向要發射的反方向突然用力，讓另一端的石彈沿著拋物線的軌跡射出，從而打擊敵人。
後來，隨著蒙古軍隊的東徵西討，在攻打城池的過程中也重視起了拋石機。蒙古軍隊曾對拋石機進行改良，設計出了雙弩背的複合弓結構，原理如同弩機，甚至可以用其發射燃油筒和特製的鐵箭。
在徵戰西亞的過程中，蒙古人又接觸到了一種配重式的投石機。這種投石機用重物取代了人力和畜力，多了一個絞盤，在使用時士兵先利用絞盤將重物升起，裝上石彈後釋放重物。這樣的投石機又被稱作「回回炮」。回回炮所用的理學遠離更為複雜，但卻得以減少了操作人員，還節省空間。
類似回回炮這種投石機，已經能夠通過調整重物來控制射程和力度，並使得投擲的準確度得到了極大提升。在實戰過程紅，人們除了用投石機發射石彈外，有時還會投射藥物與燃燒物混合的特殊「炮彈」。在瘟疫橫行時，攻城者甚至會將腐爛的人畜屍體經投石機發射到對方城池，以造成更大的殺傷力。在南宋初年陳規所撰的《守城機要》中，曾對投石機（炮）有過描述：
攻城用大炮，有重百斤以上者，若用舊制樓櫓，無有不被摧毀者。
由此來看，即便古代沒有大型彈簧，但人們卻在生產和實踐中總結了許多知識，並將其用在發明和改良器械上。拋石機（投石機）這類戰場上的大殺器，即便是放在今天，也同樣具有相當大的威力。