沈括是历史上第一个发明“隙积术”的人。日本数学家山上义夫评价说：“沈括这样的人物，在全世界数学史上找不到，唯有中国出了这样一个。我把沈括称作中国数学家的模范人物或理想人物，是很恰当的。”另外，在物理学、光学、声学、生物医学等诸多科学领域内，沈括也有很深的造诣。
一次，沈括的妻子刚推开楼上房间的门，猛听得案上的古琴发出“铮铮”的弹奏声，吓了一大跳，忙唤丈夫前来观看。沈括四下一望，见院墙外面正有一支迎亲队伍穿街而过，鼓乐声还不绝于耳。“原来如此。”沈括和妻子进入房中，命仆人取来另一架琴，又用剪刀剪了个小纸人，贴在琴弦上。然后，他走到原来的古琴旁，用手指用力拨动琴弦，结果，那贴在另一架琴上的纸人竟颤颤巍巍跳动起来，同时弦上发出“铮铮”的声响。“瞧见了吗？这就是声学上的共振现象。如果琴弦音度相同，拨动一架琴上的弦，另一架琴上相应的弦就会振动，发出声音。刚才街上娶亲的鼓乐声传来，你正开门，引起古琴的共鸣，就是这个道理。”
沈括为研究琴瑟谐振现象而做的这种小实验，欧洲人直到17世纪才想到。还有一次，沈括听说，慎县发生了一起殴打致死人命案。可是，知县前往验尸时，却怎么也查不出死者的伤痕。后来，听了一位老者的指教，知县命人把尸体抬到日光下，又用红伞遮住阳光，那尸体上的各处伤痕就顿时清晰地显了出来。沈括细细琢磨，反复实验，最后才明白这是滤光的作用。新的红油伞，就像是今天的滤光器，皮下瘀血的地方一般呈青紫色，白光下看不清楚，但在红光下却能清晰显现。沈括把这次“红光验尸”的奇迹记载在他的《梦溪笔谈》中，给后代法医、物理工作者以很大的启示。
沈括随父亲居住在福建泉州时，就听说江西铅山县有一泓泉水不是甜的，而是苦的，当地村民将苦泉放在锅中煎熬，苦泉熬干后就得到了黄灿灿的铜。他对这一传说很感兴趣，于是就不远千里来到铅山县，看到了村民“胆水炼铜”的过程，并在《梦笔溪谈》中记录下来。这是我国有关“胆水炼铜”的最早记载，历史的发展证明他的记载是正确而可靠的。原来在铅山县有几道溪水不是清的，而是呈青绿色，味道是苦的，当地村民称为“胆水”，“胆水”就是亚硫酸铜溶液。村民将“胆水”放在铁锅中煎熬，就生成了“胆凡”。“胆凡”就是亚硫酸铜，亚硫酸铜在铁锅中煎熬，与铁产生了化学反应，就析出了铜。
由于历史的局限，沈括还不能明确地揭示“胆水化铜”的化学原理，但已经阐述了“胆水炼铜”的全过程，同时也记录了在铅山周围有一个规模不小的铜矿。他的记载有巨大的经济价值，沿着铅山县的胆水往北寻找，在贵溪县果然找到了巨大的铜矿，这座铜矿就是现在江西铜业公司的开采地。如今江西铜业公司的电解铜已经达到年产90万吨，产量在国内居第一位，在世界居第三位。江西铜业的发展，常使后人想起沈括有关“胆水炼铜”的记载。
我国最早记述石油与石油开采的记载也来自于沈括的《梦溪笔谈》。那是北宋元丰三年（公元1080年），沈括50岁，出任陕西延安府太守，在西北前线对抗强敌西夏的入侵。他在紧张的军旅生活中，仍不忘考察民间开采石油的过程，在《梦溪笔谈》中他记录了石油的存在状态与开采过程。他是这样写的：“在鄜州、延州境内有一种石油，就是过去说的高奴县脂水，脂水就是石油。石油产生在水边，与砂石和泉水相混杂，时断时续地流出来。当地居民用野鸡尾毛将其沾取上来，采集到瓦罐里。这种油很像清漆，燃起来像火炬，冒着很浓的烟，帐幕沾上了油烟都变成了黑色。我猜测这种烟可以利用，于是试着扫上它的烟煤用来做成墨，墨的光泽像黑漆，即使是松墨也比不上它。于是就大量制造它，给它标上文字，叫做‘延川石液’。这种墨以后一定会广泛流行在世上，只是从我开始做它罢了。”根据现有的史料，他是第一个使用石油的人，他将石油燃烧后产生的烟尘制成了墨，他还写过一首《延州诗》，描述了延州开采石油形成烟尘滚滚的盛景：“二郎山下雪纷纷，旋卓穹庐学塞人。化尽素衣冬未老，石烟多似洛阳尘。”
最早提出“石油”一词的是沈括，最早描绘石油形态与开采过程的也是沈括，最早用石油烟尘代替松烟制墨的还是沈括。他笔下的“延州石油”如今已形成我国著名的长庆油田，累计探明油气地质储量54188.8万吨，年产量达到了两千万吨，约占全国的十分之一，长庆油田已是我国重要的能源基地之一。
除此之外，沈括在治水方面也颇有贡献。熙宁五年（公元1072年），沈括主持了汴河的水利建设。为了治理汴河，沈括亲自测量了汴河下游从开封到泗州淮河岸共八百四十多里河段的地势。他采用“分层筑堰法”，测得开封和泗州之间地势高度相差十九丈四尺八寸六分。这种地形测量法，是把汴渠分成许多段，分层筑成台阶形的堤堰，引水灌注入内，然后逐级测量各段水面，累计各段方面的差，总和就是开封和泗州间“地势高下之实”。这在世界水利史上是一个创举。仅仅四五年时间里，就取得引水淤田一万七千多顷的显著成绩。在对地势高度计算时，其单位竟细到了寸分，可见，沈括的治水态度是极其严肃认真的。
沈括晚年退出政坛，隐居在江苏镇江朱方门外竹影摇动、溪水潺潺的梦溪园，潜心笔耕，写出了伟大的科学巨著《梦溪笔谈》。这是一部反映当时科技发展最新成就、内容丰富的著作，充分显示了作者的博学多闻和旷世才华。书中涉及数学、物理、化学、天文学、地学、生物医学、工程技术等许多学科，共609条记述，成为我国科技史上的不朽丰碑。