由于董仲舒儒学走上了神学化的道路，所以到西汉末年，儒学便与谶纬相结合，使经学谶纬化。谶纬是一种神学迷信思潮，是庸俗经学与巫术迷信的混合物。谶是一种“诡为隐语，预言吉凶”的宗教预言，像秦代的“亡秦者胡也”就是一种谶。这类东西往往有图有文，所以也叫图书或图谶。为了显示它的神秘性，又往往有一些特殊的装饰（如王莽的《金匮书》）或染成特殊的颜色（如《河图》《洛书》被染成绿色），所以又称符命或符篆。纬，是相对经而言的，因为经文是不能随意改动的，因而就出现了用神学迷信对经进行解释、比附的书，如《诗经》有《诗经纬》，《春秋》有《春秋纬》等。
东汉建立后，因光武帝在称帝过程中曾利用过图谶来证明自己称帝是天命所归。所以在公元56年（光武建武中元元年）“宣布图谶于天下”，把谶纬正式确立为官方统治思想。于是谶纬被称为“内学”，而儒经反而成了“外学”。为了更进一步提高谶纬的学术地位，使谶纬经学化，经学谶纬化，公元79年（章帝建初四年），由章帝亲自主持，大会群儒于白虎观，讨论“五经同异”“使诸儒共正经义”，会后由班固整理出《白虎通德论》一书（又称《白虎通》《白虎通义》）。白虎观会议的举行和《白虎通德论》一书的编集，使儒学独尊地位最终通过政治权力确立下来。同时也完成了儒学的神学化和谶纬化。
当谶纬神学甚嚣尘上之时，一些不愿逢迎权势的进步思想家奋起驳议，其代表人物有桓谭、王充等。
桓谭，沛国相（今安徽淮北）人，光武帝时为给事中，写有《新论》一书。桓谭在任给事中期间，几次上书光武帝，反对其崇尚谶纬。他指出，谶纬是“奇怪虚诞之事”而非“仁义正道”，是无益于政道的；谶纬虽然偶然有应验的，但都是巧合而已，是不足为凭的。桓谭还举例说，王莽当农民军入宫时“矢射交集，燔火大起，逃渐台下，尚抱其符命”，但符命并没有能挽救他的命运。桓谭认为，唯一“有益于政道者，以合人心而得事理也”。因此，他公开对光武帝说自己不读谶。
针对天人感应的理论，桓谭指出，灾异的变化，是一种自然现象，并没有什么可奇怪的，灾异现象也不是任何时期都能给人们带来灾难的，如果“逢明主、贤臣、智士、仁人、修身、善政、省职、慎引以应之”，就可能“咎殃消亡而祸转为福”。
针对着当时流行的神仙方士们所宣扬的通过服“不死之药”，达到“长生不老”“羽化成仙”的思想，桓谭认为生老病死，像四季之代换，是不以人的意志为转移的。神仙思想的认识论基础，是认为精神可以脱离形体而存在，精神对形体起着决定性的作用，如果“养神保真”，是可以长生不死的，桓谭则以蜡烛和烛火的关系，来说明精神是依赖于形体，形体对精神是起着决定性的作用，他说：“精神居形体，犹火之燃烛矣……烛无，火亦不能独行于虚空。”这种蜡烛与烛火的形神关系，对王充产生着直接的影响。
王充，字仲壬，先祖为魏郡元城（今河北大名）人，因军功受封于会稽阳亭，仅一年便被削，后以农桑为业，以贾贩为事。王充家有任侠传统，祖辈和父辈因打抱不平，得罪豪家，曾二次迁居，后安家于上虞（今浙江上虞），王充也就是出生于此。王充少时，学习非常用功，他因家贫买不起书，就到书铺看书，从而也使他博览群书。年轻时，王充曾到洛阳太学受业，师从大学者班彪。王充用了三十年的时间，完成了长达八十五篇的巨著《论衡》。
在《论衡》中，王充对谶纬神学的整个思想体系，进行了全面的批判。在天人关系问题上，王充认为，天是一种无意志的自然存在，日月运行有其自己的规律，日蚀月蚀有它自己的时间，不是对人的警告，也不可能干涉人的活动。在形神关系上，王充认为，精神依存于形体，形须气而成，气须形而知。对于人死为鬼之说，王充指出，人靠精气而存，精气靠血脉形成；人死后血脉枯竭，血脉枯竭则精气消灭，精气消灭则形体腐朽，形体腐朽就变成了灰土，哪有什么鬼呢？
在抨击谶纬迷信的同时，王充对传统思想和成见，也进行了大胆的怀疑和批判。他认为，对传统思想的怀疑和批判，就是为了坚持和发扬真理。以孔子为例，他问道：“如果有不明了的问题，追问孔子，何伤于义？要是真有传圣业的智慧，批评孔子之说，何逆于理？”
王充，作为东汉经学的异端，对社会统治思想的批判，很难为世俗所容，他的一生“贫无供养，志不娱快”，终无力阻止谶纬的泛滥。《论衡》一书在当时几近湮灭，直到汉晋之际才得以流传，并对后世思想界产生了极大的影响。
儒学的谶纬化、神学化，使它在独尊不久就面临穷途，又开始了一次痛苦的嬗变。这是后话。
在宗教上，对中国的社会产生着重大影响的道教和佛教也相继出现于秦汉时期。
道教大约形成于东汉中期，因起初它是以黄老学说为基础，吸收传统的鬼神观念和迷信方术而被称之为“黄老道”。东汉末年，道教分为三大支派，一支为太平道，以《太平经》为经典，以张角为教主，在黄河流域传道；一支为五斗米道，因凡信奉者须出五斗米而得名，创立者为张道陵，奉老子为教主，以《道德经》为主要经典，在边郡、汉中一带传教。五斗米教因张道陵称受太上老君之命为“天师”，故亦称“天师道”；再一支是以于吉为教主，在长沙下游传教。
道教的教徒多为贫苦大众，太平道教和五斗米教更成为东汉末年农民起义的组织形式和思想武器。
佛教在公元前6世纪左右产生于印度。公元前3世纪左右开始向外传播。公元前后的两汉之际开始从西域传入我国。据史书记载，公元前2年（哀帝元寿元年），大月氏使者伊存来长安，向博士弟子秦景宪口授浮屠（佛）经。公元65年（明帝永平八年），明帝夜里梦见一个金人飞入殿中，第二天便告诉了大臣们，太史傅毅对他说：“陛下梦见的金人是一个西方叫佛的神。”明帝因此而派中郎将蔡惜、秦景、博士王遵等人去西域寻求佛道。公元67年（明帝永平十年），蔡愔一行在大月氏遇到佛僧摄摩腾、竺法兰，并寻得一批佛像经卷，用白马驮归洛阳，明帝特地下令建了白马寺。摄摩腾二人在其中翻译出了《四十二章经》。由于当时盛行黄老、神仙方术，所以人们也是把佛教看成是道术的一种，佛教在传入中国之初，是流行于贵族和宫廷之中。
在史学上，纪传体史书的出现是这一时期取得的划时代的成就。
完整的纪传体史书是司马迁创立的。
司马迁，字子长，夏阳（今陕西韩城）人。司马迁家世代为史官，父亲司马谈是武帝的太史令，司马迁六岁时随父亲到京师长安，居住于长安附近的茂陵显武里。司马谈十岁开始学习古文书传，又先后向董仲舒学习《春秋》，向孔安国学习《尚书》。再加上其父司马谈的家学，为司马迁以后的著述打下了坚实的基础。
从20岁起，司马迁南游江淮，上会稽山，探访禹穴；浮于沅湘，登九嶷山，察看舜墓；北涉汶泗，讲业齐鲁之都，体验孔子遗风；也曾戹困鄱、薛、彭城……，这次漫游用了七八年的时间，足迹遍布长江中下游以及齐、鲁、梁、楚等地区。在游历中，司马迁广泛接触了社会的各个阶层，考察了大量的历史遗迹，搜集了丰富的历史资料。
漫游回来后，司马迁任职郎中。公元前111年（武帝元鼎六年），他奉命出使巴蜀以南地，安抚那里的少数民族。第二年，在返回途中，听到父亲在随武帝前往泰山封禅途中病倒在洛阳，便急匆匆赶了过去。在洛阳，病危的司马谈对司马迁说：“余先，周室之太史也，自上世尝功名于虞夏，典天官事，后世中衰，绝于余乎？汝复为太史，则续吾祖矣。”又说：“自获麟以来四百余岁，而诸侯相兼，史记放绝。今汉兴，海内一统，明主贤人，忠臣死义之士，余为太史而弗论载，废天下之史文，余甚惧焉，汝其念哉。”“获麟”，是指公元前481年（鲁哀公十四年）春，管理山林的人民打猎时捕获一只怪兽，孔子认出是一种叫“麟”的野兽，孔子认为，麟是一种“仁兽”，是太平盛世才能出现的，而当时并非是盛世，麟出非其时而被获，使孔子很感伤悲，便将正在编撰的《春秋》写了“西狩获麟”这句话后停笔不写了。司马谈是要司马迁继承家业，继承自己未竟的事业，同时也向儿子传达了一种历史的责任感、使命感。
两年后，司马迁当上了太史令。从此，他除了为武帝筹备祭祀天地诸神、名山大川的工作和主持过一次改历外，就埋头阅读和整理官府所藏的史籍，悉心编撰《史记》。
