英國著名科技史學者李約瑟稱頌沈括是一個科技的巨人，是“中國整部科學史中最卓越的人物”。
根據后世研究者的總結，沈括至少在這些方面顯示了他的博學多才：
天文歷法方面，他改進天文儀器，并對歷法進行修訂，比如首倡“十二氣歷”，這是一個重大的創新，雖遭到世俗的攻擊，未被采用，但在科技史上意義重大，比后來英國氣象局所用的蕭伯納歷要早800多年。
沈括對天象進行細致的觀測，取得了一些新的發現與觀測結果。例如，沈括用晷、漏觀測發現了真太陽日有長有短。經現代科學測算，一年中真太陽日的極大值與極小值之差僅為51秒。
沈括還詳細觀察了五星運行軌跡和隕石墜落時的情景；并為測量北極星與北天極的真實距離設計了窺管，每夜3次，連續三月，得200余圖，得出當時極星“離天極三度有余”的粗測結論。
數學方面，其主要貢獻是首創“隙積術”和“會圓術”，開辟了中國傳統數學研究的新方向，被日本數學史家三上義夫稱為“中國算學的模范人物”。
地質地理方面，沈括還詳細記錄了各地發現的化石、并根據化石來推究古代氣候的變遷，解釋虹的大氣折射現象，科學地描述了龍卷風生成的原因、形態和破壞威力，用月亮的盈虧來論證日、月的形狀及海潮與月球的關系等等。沈括對自然地理的研究，在許多方面都走在了當時世界的前列。
元祐二年（1087年），歷經十二年不懈的努力，沈括完成了奉旨編繪的《天下州縣圖》，圖幅之大，內容之詳，前所罕見。全套地圖共有二十幅，包括全國總圖和各地區分圖，比例為九十萬分之一。在制圖方法上，沈括提出分率、準望、互融、傍驗、高下、方斜、迂直等九個方法，并按方域劃分出“二十四至”，從而大大提高了地圖的科學性。可惜南宋戰亂頻發，此圖竟毀于戰火之中，成為千古遺憾。
沈括還首創了用“飛鳥圖”來繪制地圖，以代替傳統的循路步法制圖。“飛鳥圖”也就是“取鳥飛之數”，用的是飛鳥直達的距離，類似航空拍攝，這使地圖的精確度大為提高。
沈括視察河北邊防的時候，還曾經把所考察的山川、道路和地形，在木板上制成立體地理模型，呈現給神宗。這是中國地圖史上木質地形圖的第一次明確記載，比瑞士十八世紀出現的地理模型圖早七百年。
化學方面，他首次提出了“石油”這一科學命名，又做了以石油碳黑代替松煙制墨的實驗，準確斷言“此物必大行于世”。據沈括《夢溪筆談》記載，信州鉛山縣有苦泉（硫酸銅溶液）、流而成澗。舀取泉水煎熬，就能得到膽礬（硫酸銅），熬制膽礬就能生成銅，熬膽礬的鐵鍋，日子久了也會變成銅。沈括的這段記錄，即濕法煉銅，利用化學置換反應的方式提煉金屬。
物理方面，沈括記錄了人工磁化的方法，并用人工磁化針來作試驗，對指南針進行深入研究。沈括比較了指南針的四種裝置方法：水浮法，碗沿法，指甲法和懸絲法，指出懸絲法最優，并做了相應的分析。
磁偏角指地球表面任一點的地磁子午線與地理子午線的夾角，即磁針靜止時，所指的北方與真正北方的夾角。沈括在世界上最早經實驗證明了磁針“能指南，然常微偏東”，即地磁的南北極與地理的南北極并不完全重合，存在磁偏角。這比哥倫布橫渡大西洋時發現磁偏角現象早了400多年。
沈括通過觀察實驗，對小孔成像、凹面鏡成像等原理作了準確而生動的描述，他用“礙”（焦點）的概念，指出了光的直線傳播、凹面鏡成像的規律，并把光通過“礙”成像稱之為格術，即現代光學中的等角空間變換關系。
沈括還對平面、凹凸面等鏡面成像的不同進行研究，注意到表面曲率不同與成像之間的關系，并以此對“古人鑄鑒”時正確處理鏡面凹凸與成像大小的關系進行了研究與分析，提出若將小平面鏡磨凸，就可“全納人面”。</p>