沈括不但在地理研究上作出了出色的成就，而且是個研究興趣很廣泛的科學家。他在天文、曆法、音樂、醫藥、數學等方麵，都十分精通。他很早就研究天文曆法。在他擔任司天監期間，發現在那裏工作的人，不少是不學無術的人，不懂得用儀器觀測，於是他添置了天文儀器，趕走了那些不學無術的人，任用了一批有才能的官員。為了觀察北極星的位置，他一連3個月，每天夜裏用渾天儀觀察，終於計算出北極星的正確位置。
沈括晚年的時候，閑居在潤州（今江蘇鎮江）的夢溪園。他把一生研究的成果記載下來，寫成著作《夢溪筆談》。沈括除了記載他自己研究的成果以外，還記錄了當時勞動人民的許多創造發明，其中特別有名的是畢昇的活字印刷術。
印刷術是我國古代四大發明之一。在北宋之前，已經有了雕版印刷術。但是雕版花費精力大，而且刻好一塊木板後，要改動一個字，就要全部重刻。沈括在他錢塘老家看到一位老工匠畢昇，用一種很細的粘土，做成許多小塊，刻上字後放在窯裏燒硬，成為一個個活字。用這種活字排版印刷，比雕版印刷方便多了。沈括看到這件新鮮事，十分感興趣，就進行詳細的觀察和了解，把畢昇的發明記載在他的《夢溪筆談》裏。
防禦西夏
沈括不但是一個有才智、有膽識的外交家，同時也是一個出色的軍事統帥。
公元1080年（宋神宗元豐三年），沈括任延州（今陝西延安一帶）州官。陝西是宋朝西北方麵同西夏相鄰的要地。濃括到延州上任後，為防備西夏的侵擾積極整頓軍事，訓練士卒，鼓勵當地青年人踴躍參軍，充實地方武裝力量，經過一年多的努力，當地的軍事作戰水平大大提高。
當時駐在各地方的軍隊分為衛兵和鎮兵兩種。衛兵是從中央政府派去的，因此待遇比較好。而鎮兵是地方政府組織的，待遇比衛兵差多了。沈括覺得這種不公平的待遇會直接影響到鎮兵的戰鬥力。因此，他便不避嫌疑，大膽地用朝廷的名義拿出很多錢賞賜鎮兵，事後才向朝廷奏告。宋神宗接到奏報後，認為如果不是沈括相機變通辦理，一定會影響軍心士氣，所以不但沒有降罪沈括，還特別允許他以後凡是來不及請示朝廷的事情，都可以按情況自行處理。
沈括治軍非常嚴格，對於違犯了軍紀的人決不姑息。有一次，宋朝政府派到西北前線去的一支軍隊開到五原（今內蒙古自治區五原附近）時遇到大雪，糧餉一時接濟不上。帶兵官劉歸仁竟擅自率領士卒兩萬多人撤回，結果隊伍潰散。沈括得到消息，便到延州郊外集合士兵並加以安置。不到十天，潰兵便全部回到了隊伍。沈括把軍隊整頓好以後，就把帶兵官劉歸仁依法處斬了。
1081年（元豐四年），西夏統治者發動了進攻宋朝的戰爭。沈括率領所屬軍隊迎敵。由於他平時加強戰備，軍隊的戰鬥力大為加強，結果在圁上（今陝西境內無定河）大敗西夏軍隊七萬人，打了個大勝仗。
第二年，西夏統治者又發動30萬大軍圍攻宋朝西北要塞永樂城（今陝西米脂）。同時，以八萬大軍襲擊綏德（今陝西綏德）。沈括當時所統領的兵士隻有一萬多人。因為他奉命保綏德，所以沒有兵力去解永樂之圍。結果，永樂失陷，守軍兩萬多人全部陣亡。永樂的陷落，沈括本無責任。但因他是宰相王安石變法的支持者，把他降職為均州（今湖北均縣）團練使（武官名）。
沈括58歲的那年（1088），便到潤州（今江蘇鎮江）隱居，稱他的住所為“夢溪園”。從此以後，他以全部精力來從事寫作。他的著名著作《夢溪筆談》便是這個時期寫成的。1095年沈括病逝於潤州，時年65歲。
天文、曆法和算學
由於刻苦鑽研，沈括在自然科學的研究上獲得了輝煌的成就。
沈括是一個知識淵博的學者。他在自然科學、曆史、考古以及文學、藝術方麵都頗有建樹，這些在他所著的《夢溪筆談》中都有記錄。