綜觀他的一生，精通天文、數學、物理學、化學、生物學、地理學、農學和醫學；他還是卓越的工程師、出色的軍事家、外交家和政治家；同時，他博學善文，對方志律曆、音樂、醫藥等無所不精。

在天文學方面：在司天監任職期間，他先後罷免了六名不學無術的舊曆官，破格推薦精通天文曆算、出身平民的准南人衛朴進入司天監，主持修訂新曆的重要工作。沈括曾改制渾儀、浮漏和景表等天文儀器，撰《渾儀議》、《浮漏議》和《景表議》；他親自觀測天象，繪製測定北極星位置的圖二百多張；並曾在幾年內堅持觀測表影和漏壺的運行，由此提出了因太陽運動不均勻而引起的時差現象。

在物理學方面 ：《夢溪筆談》中的記載涉及力學、光學、磁學、聲學等各個領域，特別是磁學，沈括第一次明確地談到磁針偏角。這是世界上關於地磁偏角的最早記錄，比西元１４９２年哥倫布的發現早了四百年。

在曆法方面：晚年沈括提出了用“十二氣歷”（純粹的陽曆）代替原來的曆法（陰陽合歷）的主張，這個曆法既符合天體運行的實際，也有利於農業活動的安排。可以與現在世界各國採用的公曆（陽曆）媲美。

在數學方面：他創立了“隙積術”和“會圓術”。是平面幾何學和天文計算的先驅。

在化學方面 ：沈括注意到石油資源豐富，“石油”這個名稱也是沈括首先使用的。

在地學方面：也有許多卓越的觀點，他明確指出化石是古代動物和植物的遺跡，並且根據化石推論了古代的自然環境。在歐洲，直到四百多年後的文藝復興時期，義大利人達芬奇才對化石的性質開始有所論述。

《夢溪筆談》 ：晚年的沈括定居潤州（今江蘇鎮江）夢溪園，將平生見聞和科學研究記載於《夢溪筆談》之中。除上面談到的幾方面之外，內容還包括考古、語言、史學、文學、音樂、繪畫以及財政、經濟等，從自然科學到社會科學，應有盡有。不僅是集中國前代科學成就之大成的巨著，在世界文化史上也有重要的地位。

日本數學家三上義夫曾經說：沈括這樣的人在全世界數學史上找不到，只有中國出了這麼一個。英國著名科技史家李約瑟也認為沈括是「中國科學史上最奇特的人物」，而《夢溪筆談》是「中國科學史上的座標」。為了紀念沈括的功績，人們將小行星2027命名為“沈括小行星”。