在介紹種蔗經驗時，宋應星強調要“試驗土色”，要親嚐土味，味苦的不宜種蔗。但山裏河流上遊的壩地，即使土味甜也不行，因為山氣寒冷，溫度不適宜。最好是陽光充足的下流河壩地，要沙壤土，不要黃泥土，等等。這都是他經過實地考察而總結出來的蔗農多年積累下來的有用經驗。
宋應星在“膏液”卷中，記下了經過試驗的十多種榨油原料的出油率。又說，“其他未窮究試驗”的，還有待以後補記。他在“佳兵”卷中提到古書上講的，烽火台上狼糞燒的煙能迎風直上，江豚骨灰能逆風燃燒；他認為對這種傳聞不能輕易下結論，“皆須試見而後詳之”。可見，他對於沒有試驗過的東西，是采取慎重態度的。
其二，請教有豐富實踐經驗的勞動者：宋應星在《天工開物》中一再讚頌直接生產者的創造性勞動。他表示：上古神農氏有無其人雖不得而知，但那些最早種植五穀、培育良種的“先農”，的確配得上神農的稱號。他欽佩地說：耕田施肥要掌握好氣候變化，“在老農心計也”；江南農民創造的“水碓之法巧絕”；絲織工匠織出的花色“人巧備矣”。他還讚揚老采煤工對地下礦藏“從土麵能辨有無之色”。
宋應星經常到各地農村請教老農，到手工業生產現場走訪工匠師傅，這樣，才能對各種生產過程的細節、工藝要點、許多機械的構造和性能，以及生產中呈現出來的物理作用和化學變化等，有比較深切的了解，他甚至還了解到一些工藝技術的秘訣。例如，用紅花染過的絲綢如要褪色，可將所染絲綢浸濕，滴上幾十點堿水或稻灰水，紅色就會退淨，將所得色水用綠豆粉吸收起來，再用來染紅色，就不會褪色了’。這種方法“染家以為秘訣，不以告人”。在封建行會習氣濃厚、工場主嚴格保守技術秘密的情況下，宋應星能了解到一些技術秘訣，這正是他不恥下問，在虛心求教於工匠方麵做了深入細致的工作的結果。
其三，注重實用：宋應星對於同廣大人民生活有密切關係的產品和技術，記述較詳細；而對於專供達官貴人享受的用品，則記述簡略。例如，他詳述了供多數人食用的水稻品種，最後說，“香稻一種，取其芳氣，以供貴人，收實甚少，滋益全無，不足尚也”。他重視廣大人民穿著的布衣、棉衣，而對皇帝穿的“龍袍”，隻說比普通織品多費工本數十倍，至於如何製作，則以“不可得而詳考”一筆帶過。他對於普通人“日用必需”的杯盤等器皿的生產，記述頗詳；而對於“不適實用”的供擺設的瓷器則講得很簡略。在述及專供皇家用的琉璃瓦“其土必取於太平府”(今安徽當塗、蕪湖一帶)時，他加了一條抨擊統治者的夾注，指出製瓦和造皇陵，都要取土於其地，舟運三千裏方達京師，承運的官吏除了摻沙作偽，一路上拉民夫，搶民船，“雇役擄舡之擾，害不可極”。關於“窯變”的附錄中，他記載了正德年間(1506～1521)陶瓷工匠因為造不出供皇帝用的一種叫“宣紅”的瓷器，以致“身家俱喪”，甚至跳入窯中“自焚”的悲劇，從而有力地揭露了封建統治者驕奢淫逸的罪惡。可以看出，宋應星注重實用技術，是同關心民間生活聯係在一起的。
其四，重視數據：由於封建製度的束縛和輕視生產技藝的儒學傳統的影響，在我國古代，科技著作不僅數量少，而且大都缺乏具體的數據。而掌握數據，是使研究內容具有科學性的條件之一。《天工開物》中記錄了一百三十多項技術經濟數字，這就增強了本書的科學價值。這些數字包括農業方麵的農時、田間管理、單位麵積產量，手工業方麵的各種生產工具的大小尺寸、材料消耗、使用壽命、材料配方、經濟效率以及不同物質的物理性能，等等。例如書中所記各種銅鋅合金的配方，至今仍有參考價值；特別是黃銅配方比例，同現代采用的配方非常接近。當然《天工開物》中所記的不少數字並不一定都精確，但這些記述足以說明宋應星對數據的重視。而且，這些技術經濟數字是古代勞動人民長期積累的生產經驗的總結，是了解我國古代工農業生產技術發展水平的重要資料。
其五，獨立思考，著眼於發展：宋應星寫《天工開物》，不是采錄舊著，彙編成書，也不是有聞必錄，述而不作，而是以直接的實地考察為主，獨立地進行艱苦的探索和認真的研究，有分析、有鑒別地記錄和總結當代的生產技術。上述許多事例說明，正因為以實踐經驗為依據，又經過獨立思考和研究，才能有所發現，有所創見。
另一方麵，宋應星也重視前人研究成果和別人的有用經驗。例如，他在寫作中就參考了李時珍的《本草綱目》和王灼的《糖霜譜》等著作。他還留心外國的技術。《天工開物》中曾經提到朝鮮的紡織、榨油技術和海船的製造，日本的製刀、造紙和造船，波斯(今伊朗)所生產的一種叫“波斯礬”的黃礬，以及葡萄牙人製造的“佛朗機”(炮)和荷蘭人製造的“紅夷炮”等。
對於生產技術，宋應星總是著眼於發展和新的發明創造。例如，他注意到兵器製造的“日盛月新”，並且認為人們的“巧思”是沒有止境的。他還高興地提到金屬冶煉技術的“日異而月新”，提到製曲方劑的“配合日新”，不斷改進。關於陶瓷器皿，他認為，雖然已經製作得很精美，也不會停滯不前的。關於將自然物加工為人類所用的情況，他說：“其道寧終秘也”；這裏透露了探索自然奧秘的思想。從這些話裏可以看出，宋應星已經意識到，人類的認識是不斷向前發展的，生產技術的進步是沒有止境的。
其六，駁斥迷信：科學和迷信從來是對立的。宋應星根據生產實踐和實地考察，指出了一些迷信傳說的虛妄。如在“乃粒”卷中，他針對有人因稻災而“反怨鬼神”，指出種子帶病是水稻發病的一個原因，這是“祟在種內”，並非鬼神作怪。對於人們所說的能夠燒毀稻穗的“鬼火”，他雖然還不知道這是磷火，但他否定有所謂“鬼火”，認為不過是墳墓中被水浸爛的棺木所發出來的“火子”，這種解釋明顯地表達了反對迷信的精神。他還指出，所謂“有清官感召”而使珍珠增產，這是謬妄無稽之談；並且揭穿了道家巫士借煉丹術以騙取錢財的行為。
在肯定宋應星在科技研究工作中的特點即優點的同時，也應該指出，由於曆史條件和科學水平的限製以及個人認識上的不足，《天工開物》的內容也存在這樣那樣的缺點和錯誤。例如，他不知道先秦古籍中出現的“麻”就是俗稱火麻的大麻，卻推測為“其種已滅”等等。見於《尚書》的“桌麻”，古代泛指麻類，他卻又臆斷為是後來的棉花。又如，說“江南麥花夜發，江北麥花晝發”；說礦區耕墾後鐵礦會“逐日生長，愈用不窮”，這都不符合事實。至於說珍珠是在蚌腹內“映月成胎”而成，寶玉是“映月精光而生”，死人嘴裏含著上等珍珠屍體就不會腐爛，等等，更是明顯的錯誤。書中繪圖也有不夠準確的地方。不過，對於全書來說，這些不足之處是瑕不掩瑜的。總的看，《天工開物》的內容具有重大的科學價值；宋應星從事科技研究的基本途徑和基本方法是值得肯定的。
宋應星的自然學說
宋應星在寫完《天工開物》之後，接著又寫了許多關於自然學說的著作。可惜，今天能看到的隻有《論天》和《論氣》兩種。《論天》已經殘缺，隻剩了“日論”六章，是講天體運行的。《論氣》的內容涉及物理、化學、生物等方麵，許多是聯係生產技術來分析的；可以說，《論氣》是以《天工開物》為基礎，對生產技術研究進行理論上的探討。這兩本書的內容反映出，宋應星的自然學說貫穿著樸素的辯證法和唯物主義的觀點。
首先，宋應星肯定了客觀世界的物質性。他說，“盈天地皆氣也”，充滿於宇宙之間的都是“氣”。世界萬物是“氣”這種根本的物質元素在不同條件下的不同形態：“氣”賦有具體的物態(液體、固體)時，這叫“形”；“形”還原為本來的根本物質，仍然是“氣”。這種認識，是同液體氣化和固體燃燒後煙消灰滅這類最普遍的現象相聯係的。他看到製陶、冶煉、印染等等許多生產過程中物體形態的變化，都通過水或火起作用，又認為水火是處於形與氣之間的中間狀態。他指出，動物、植物、礦物等物體是“同其氣類”，也就是說，各種物類就其所構成的根本物質來看，是具有共同性的。顯然，這種認識已經初步接觸了世界的統一性就在於它的物質性這一唯物主義的原理。認為客觀世界是“氣”這種根本物質構成的，這在宋應星以前的古代哲學家早已提出過。宋應星比前人進了一步的地方，在於他更多地聯係到生產和科技的實踐。
其次，宋應星認為物質世界是在不斷運動著的。他舉例說：“氣聚”而形成為日月，日月或明或暗，或升或沒；星隕為石，石又化為土；氣化為雨雹，雨雹又轉化為氣；草木與人類、禽獸、蟲魚等動植物從生長到死亡，屍體腐朽化形，等等，這都是“由氣而化形，形複返於氣”的帶規律性的變化，是“二氣”(水火)和“五行”(水火加金木土)等物質自身的運動和變化。總之，在宋應星看來，世界萬物的運動變化，在於物質本身的原因。
宋應星還認為，在萬物的生成變化中，“氣”這個根本物質隻是處於不同的形態中，而它的本身並沒有消滅。例如，種子入地，由氣而生，長大成木，砍伐成材，製成器具，遇火成灰，或葉落化為泥，最後又轉化為氣。他甚至說，即使宇宙遇到所謂“劫盡”(佛家語，毀滅之意)，也不可能想象一切都歸於烏有。這種認為物質不滅的思想，在科學史和哲學史上都是值得重視的。
宋應星還指出，天體運行中，存在著對立的現象。他說：“無息，烏乎生?無絕，烏乎續?無無，烏乎有?”例如日和月，從“未始有明”到“明生”，又由“明”到“無明”；草木則一年一榮枯，枯又複生，等等。他還通過分析水與火的相互作用，論述了事物之間相生相克、相反相成的關係。這些論述，表明他對於事物的矛盾運動有一定的理解，這些看法是符合辯證法的。
宋應星根據他對自然界的唯物主義的理解，曾經觀點鮮明地批判儒家的天人感應說。天人感應說認為：帝王受命於天，上天經常用符瑞或災害來告誡帝王，這是“天心”愛護人君的一種表示。許多儒者都舉日食為上天示警的事例。宋應星在《論天》的“日說”章中寫道：“儒者言事應以日食(蝕)為天變之大者”，但漢景帝的“二十六年中，日為之九食”，而王莽執政的“二十一年之中，日僅兩食，事應果何如也?”唐太宗貞觀頭“四載之中，日為之五食”，而唐高宗在位時武則天掌權，頭“二十年中，日亦兩食，事應又何如也?”曆代儒者對漢代文景之治和唐代貞觀之治都是肯定的，對王莽和武則天這兩個曆史人物一般是否定的。宋應星就以儒者公認的事實為例，有力地提出反問，這一段批駁文章是寫得很精彩的。他根據記載和自己的觀察，在書中繪圖說明：“純魄(月)與日同出，會合太陽之下(掩蔽了太陽)，日方得食。”這個說明是正確的。
17世紀上半葉的中國，近代的自然科學遠未建立起來，這就決定了宋應星所具有的唯物主義觀點，是樸素的、自發的，也是不徹底的。他把一些自己無法解釋的自然現象說成是“天心之妙”、“造物有尤異之思”，這說明他還未能完全擺脫唯心主義的神秘觀念的影響。他關於自然界的解釋，如說“氣”是萬物的本原，“世間有形之物，土與金石而已”等等，終究是一種幼稚的假說。不過，我們還應該曆史地來看問題。在三百多年前的中國，宋應星的唯物主義自然學說卻是一種先進的思想。