沈括在多個領域進行了重要的研究和發明，包括天文儀器、數學方法、醫學理論、軍事策略、地理學、水利工程、石油命名、音樂理論、農業曆法等。以下是沈括的部分重要貢獻：
沈括改進了渾儀（用於觀測天體運動的儀器）和浮漏（計時儀器），提高了測量精度和計時準確性。
沈括還研究了地磁偏角的存在，並創立了隙積術（二階等差級數的求和法）和會圓術（已知圓的直徑和弓形的高，求弓形的弦和弧長的方法）。
沈括還改進了日規、渾天儀、瞄準管和水鍾，設計出了一套地形學理論，以及區域氣候隨時間漸變的理論。
沈括還改進了指南針，對指南針有詳細記載，且所記內容很豐富。
沈括還發現了石油並進行了命名，創立了「十二氣歷」，提出了流水侵蝕學說，繪製了立體軍事地圖。
沈括還是一位醫藥學家，提出了治病的「五難理論」，並著有《良方》等醫藥著作。
此外，沈括還是一位科學家、工程師、政治家、經濟學家、書畫收藏家、鑑賞家、評論家等。