對科學技術方麵的研究，除了天文、曆算之外，徐光啟用力最勤、收集最廣的要算是在農業方麵的研究了。因此，在他豐富的著述中也以《農政全書》最為重要。
《農政全書》是徐光啟幾十年心血的結晶，是一部集中國古代農業科技之大成的著作。全書共60卷，50餘萬字，分農本、田製、農事水利、農器、樹藝、蠶桑、蠶桑廣類、種植、牧養、製造和荒政12項。《農政全書》轉錄了很多古代和農時代的農業文獻，這部分可以說是前人成就的選編，很便於參考使用。徐光啟自己撰寫的有6萬多字，雖然隻占全書篇幅的八分之一，但都是他經過親自試驗和觀察之後取得的材料寫成的，所以科學性較強。他對前人的著作，不但是選錄，也附有自己的見解或評論。如對《唐新修本草》注中所說菘（即白菜）北移都變蕪菁，蕪菁南移都變菘的錯誤，就以自己在家鄉種植蕪菁的實踐說明蕪菁不會變為菘，並解釋了蕪菁南移根變小的原因和在南方培養大根的方法。他不愧是一位注意探索自然規律的科學家。
徐光啟在《農政全書》中寫的專題部分，值得重視的有：在墾田與水利方麵，他主張治水與治田要相結合。他曾在天津屯種實驗，很有成效，他認為京師附近發展水稻等糧食作物的潛力很大，可以解決不必要的漕運問題。如果能夠實現的話，南糧北調的矛盾就可以緩解。他在上海試種高產備荒作物後，證明在長江三角洲同樣能生長良好。他非常注意選種，他說：“種植作物，選擇好良種最為重要，最為關鍵，如果長期種植不良的種子，刻板化，單一化，就會使天時、地利和人力的大半都白白地廢棄了。”對於保守思想和偏見，他以大量作物移植成功的事例指出：“如果認為作物的種植取決於適宜它的土地，是不可改變的，那是毫無道理的。”徐光啟對蠟蟲和蝗蟲也很有研究，成為詳確記述白蠟生活習性和蝗蟲生活史的第一人。他研究蝗蟲生活史的目的是為了滅蝗，在除蝗問題上所用的研究方法，也很為後人所推崇。
處處留心皆學問，不懈求索終有果。徐光啟一生，不論是在童年，或是在壯年、老年，不論是為民，還是為官，都善於觀察和發現問題，勇於實踐，不懈追求和探索，身體力行，筆耕不輟，終獲累累碩果。他是明代傑出的科學家，是具有近代思想氣息的學者，也是中國曆史上進行東西方文化比較的第一人。