宋應星一生致力於對農業和手工業生產的科學考察和研究，收集了豐富的科學資料；同時思想上的超前意識使他成為對封建主義和中世紀學術傳統持批判態度的思想家。
宋應星的著作和研究領域涉及自然科學及人文科學的不同學科，而其中最傑出的作品《天工開物》被譽為“九州十七世紀的工藝百科全書”。
宋應星的主要貢獻表現在他把九州幾千年來出現過的農業生產和手工業生產方麵的知識作了一個總結性的工作，同時也對技術經驗作了總結性的概括，並且使它們係統化、條理化，然後著述成書使之能夠流傳下來。
宋應星所著書籍收錄了農業、手工業，諸如機械、磚瓦、陶瓷、硫磺、燭、紙、兵器、火藥、紡織、染色、製鹽、采煤、榨油等生產技術。
在農業方麵宋應星對水稻浸種、育種、擂秧、耘草等生產全過程作了詳儘的記載。
對油料作物這種具體而準確的數據說明，既有理論意義，又有實用價值。
尤其是《機械》篇詳細記述了包括立軸式風車、糖車、牛轉繩輪汲鹵等農業機械工具，具有極高的科學價值。
宋應星是世界上第一個科學地論述鋅和銅鋅合金的科學家。
他明確指出，鋅是一種新金屬，並且首次記載了它的冶煉方法。
這是我國古代金屬冶煉史上的重要成就之一。
使九州在很長一段時間裡成為世界上唯一能大規模煉鋅的國家。
宋應星記載的用金屬鋅代替鋅化合物煉製黃銅的方法，是人類曆史上用銅和鋅兩種金屬直接熔融而得黃銅的最早記錄。
宋應星注意從一般現象中發現本質，在自然科學理論上也取得了一些成就。
分彆體現在生物學、化學和物理學方麵。
他在《天工開物》中記錄了農民培育水稻、大麥新品種的事例，研究了土壤、氣候、栽培方法對作物品種變化的影響，又注意到不同品種蠶蛾雜交引起變異的情況，說明通過人為的努力，可以改變動植物的品種特性，得出了“土脈曆時代而異，種性隨水土而分”的科學見解，把我國古代科學家關於生態變異的認識推進了一步，為人工培育新品種提出了理論根據。
尤其值得指出的是，宋應星所記載的物種變異，有如起因於壞境的變化；有的起因於不同品種的雜交，涉及到了對物種變異的更深刻的理解。
從這種意義上講，宋應星是當之無愧的生物進化論的先驅者之一。
吉利著名生物學家、進化槍思想的集大成者達爾文把《天工開物》中的有關論述作為他論證物種變異、進化的重要例證。
在物理學方麵，新發現的佚著《論氣·氣聲》篇是論述聲學的傑出篇章。宋應星通過對各種聲音的具體分析，研究了聲音的發生和傳播規律，並提出了聲是氣傳播的概念。
在化學方麵，宋應星分析了金、銀、銅、錫、鉛和鋅等多種有色金屬的化學性質，比較它們的活潑程度，提出了利用它們之間的差異分離或檢驗有關金屬的方法。
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