《夢溪筆談》全書26卷，《補筆談》1卷，《續筆談》3卷，共30卷，609條，分故事、辯證、樂律等17目。除了論述文學、史學、藝術等外，主要記載論述了我國古代特別是當時的自然科學的發展和科學技術的發明創造，反映了十一世紀我國科學的輝煌成就。據統計，該書涉及到自然科學的就有二百餘條，佔全書三分之一以上的篇幅，內容包括數學、天文、物理、化學、生物、地質、地理、氣象、醫藥及工程技術相當廣闊的領域，其中有些科學發明創造，已經列於中世紀世界各國的先進行列。因此，《夢溪筆談》成了我國和世界科學技術史上一部重要文獻，受到中外學者的高度重視被譽為「中國科學史上的坐標」。
《夢溪筆談》的文筆樸實簡練，記敘翔實，條理分明，毫不刻意於文字雕琢，但帶有文學性課文所選兩則，一是說明在什麼時間採草藥才有效，一是探討雁蕩山得名的來歷以及雁蕩諸峰形成的原因，都有相當可靠的科學根據。
就性質而言，《夢溪筆談》屬於筆記類。從內容上說，它以多於三分之一的篇幅記述並闡發自然科學知識，這在筆記類著述中是少見的。因為沈括本人具有很高的科學素養，他所記述的科技知識，也就具有極高價值，基本上反映了北宋的科學發展水平和他自己的研究心得。並且他在以下這三個方面做出的貢獻也是非常巨大的！
一、在天文學方面
《夢溪筆談》闡釋了沈括自己對渾儀、漏刻、圭表等天文儀器研製方面的許多創見，記述了他的「日有盈縮」這一重要發現以及他關於實行陽曆「十二氣歷」的建議。書中還準確描述了五星運行軌跡，計算出月道與黃道交角每月後退度數更為精確的數值，正確說明月亮的盈虧生光現象，發明準確測定極星位置的方法，詳細記錄並描述隕石特徵及隕落過程，指出了鐵隕石的存在，等等。這些均系天文學史上值得一提的重要成就。沈括曾經製造過我國古代觀測天文的主要儀器——渾天儀；表示太陽影子的景表等為了測得北極星準確位置，他連續三個月，每天用渾天儀觀測北極星位置，把初夜、中夜、後夜所見到的北極星方位，分別畫於圖上，經過精心研究，最後得出北極星與北極距三度。
二、在物理學方面
《夢溪筆談》記述了算家所謂的「格術」，沈括以之解釋小孔和凹面鏡成像，開闢了「格術光學」這一光學新領域。沈括對透光鏡的研究，思考縝密，多有可採之處。另外，沈括還討論了指南針的不同安裝方法，記錄了「以磁石磨針鋒」的指南針人工磁化方法及指南針「常微偏東，不全南也」的現象（卷二十四），從而肯定了地磁偏角的存在。在聲學方面，《夢溪筆談》記述的沈括在琴弦上貼小紙人，以驗證聲音共振現象的發明，比歐洲類似的發明要早約七百年。
三、在聲學方面
沈括在《夢溪筆談》中精心設計了一個聲學共振實驗。他剪了一個紙人，把它固定在一根弦上，彈動和該弦頻率成簡單整數比的弦時，它就振動使紙人跳躍，而彈其它弦時，紙人則不動。沈括把這種現象叫做「應聲」。用這種方法顯示共振是沈括的首創。在西方，直到十五世紀義大利人才開始做共振實驗。至今，在某些國家和地區的中學物理課堂上，教師還使用這個方法給學生做關於共振現象的演示實驗。
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