沈括在自然科學方麵成就最大的首推天文、曆法和算學。
在天文方麵，他曾連續用了三個月的時間，每天夜間用“窺管”（是“渾儀”的一個重要組成部分）觀測北極星的位置。把不同時間所看到的北極星方位分別畫在圖上，經過精心研究，最後他得出了當時北極星同北極的距離為三度多的科學結論。
他還具體形象的解釋了天文學家張衡對月亮發光原理的說明以及彩虹的產生原理，這些解釋基本上是符合科學原理的。
在曆法方麵，沈括主張實行陽曆，就是不以月亮的朔望定月，而是根據節氣定月。取消閏月。也就是把一年分為12個月，大月31天，小月30天。實行這種曆法，就可以避免計算和安排閏月的麻煩，同時節氣也會更準確。這是一種很科學、很進步的曆法。
在數學方麵，沈括發展了《九章算術》（我國古代一部數學著作，彙集了漢朝以前的數學知識）以來的等差級數，創造了新的高級等差級數求總和的算法——“隙級術”。
另外，沈括還發明了“會圓術”，就是從已知的圓的直徑和弓形的高度來求弓形和弓形弧的方法。
沈括的這兩種計算方法都是在我國數學史上的卓越貢獻。
地理學和地質學
沈括在地理學和地質學方麵也有很大的成就。前麵曾經提到，他在出使契丹回來後，曾繪製一部《使契丹圖抄》。他用麵糊調木屑和熔蠟製成地形模型。後來更進一步用木料製成立體模型地圖。這種模型地圖相當於現代的地形模型。
沈括繪製地圖，采用比例尺的方法來說明地圖上的實際距離。他在地圖上把一百裏縮成二寸，繪成一部“天下郡縣圖”，同時又把全國郡縣的位置用文字準確詳細地記錄下來。這樣，即使地圖丟失了，還可以依據記錄重新繪製。沈括所采用的這種繪圖方法是非常科學的。我們現在用的一般地圖，除了測量儀器比以前更精確和利用經緯以外，基本原理和沈括所采用的一樣。
沈括在地質學上也有非常正確的認識。例如有一次，他路過太行山，發現山崖的許多石壁上有很多蚌殼和鵝卵石。因此他推想到這一帶在以前一定是海岸。他的這種推想，證實了海陸變遷的自然變化。
沈括在延州的時候，曾在很深的地下發現一種很像竹子的化石。他同時又發現在當時的氣候條件下，延州是不產竹子的。因此他推想到古代延州地方的氣候比較溫暖而濕潤。雖然他所見到的化石實際上並不是竹子而是一種古代的蕨類植物，但他能從一塊化石上麵推想到古今氣候的不同。由此可見，他對自然現象的觀察和研究是多麼的認真。
關於地麵的高度對植物生長的影響，沈括也有正確的認識。他曾經發現同樣一種植物，生長在平地上三月開花，而生長在高山上就要到四月才開花。他還引用了白居易的詩句“人間四月芳菲盡，山寺桃花始盛開”來說明這個問題。同時他還了解到江南和北方桃李開花的時間也不同。根據這種現象，他認為不同的地形和不同的氣候對植物生長有很大影響。這種解釋也是合乎科學原理的。
沈括還發現延州一帶有石油礦。石油點燃後產生的煙很深，用石油煙製成的墨，要比用鬆煙製成的墨好得多。因此他曾提倡用石油煙來製墨。他並且預料到，後世一定會大規模地來用石油作為燃料，因為石油的蘊藏量是非常豐富的。在沈括以前，人們管石油叫“石液”或“石漆”，最早使用石油這個名稱的，還是沈括。
以上所舉的一些例子，隻不過是《夢溪筆談》所介紹的一部分。《夢溪筆談》包羅萬象，不愧為中國科學史上的坐標。但它不隻是沈括個人一生辛勤研究的結晶，也是我國勞動人民千百年來積累下來的科學經驗的總結。它是中國文化寶庫中的一顆明珠，至今還閃爍著耀眼的光芒。我們珍視這顆明珠，同時也深深懷念著把它留給我們的古代傑出科學家沈括。