沈括一生為官，四處飄泊，幾乎走遍了大半個中國。峭拔險怪的名山，一碧萬頃的平川，煙波浩渺的湖泊，飛湍急流的江河，到處留下他的足跡。他深邃的目光，透過青山秀水，看到了它們的沉浮變遷。比如在雁**山，沈括發現了一個奇怪的現象：他曾遊覽過不少名山，都是從嶺外便能望得見峰頂，而雁**山卻不然，隻有置身山穀，才能看到高聳入雲的諸峰。經過再三琢磨，沈括得出了結論：是山穀中的大水，將泥沙衝盡之後，這些巨石才高峻聳立，拔地而起的。而且，雁**山的好多獨特景觀，如大小龍湫、初月穀等，也都是大水長年累月衝鑿的結果。由此，他聯想到西北那土墩高聳的黃土區，和雁**山的成因相同，也是大自然的傑作，隻不過一個是石質、一個是土質而已。他正確論述了華北平原的形成原因：根據河北太行山山崖間有螺蚌殼和卵形礫石的帶狀分布，推斷出這一帶是遠古時代的海濱，而華北平原是由黃河、漳水、滹沱河、桑乾河等河流所攜帶的泥沙沉積而形成的。通過觀察雁**山諸峰的地貌特點，分析了它們的成因，沈括明確地指出這是由於水流侵蝕作用的結果。他還聯係西北黃土地區的地貌特點，做了類似的解釋。
神宗時，沈括擔任經略使。有一年在延州，黃河大堤崩了，並出現裂痕，中間出現竹筍林。這太奇怪了，沈括進行了仔細地考察。他看到一大片根幹相連，都化為石的竹筍，真是罕見，根本無法知道這是什麽年代的東西。沈括就想：這兒的環境不適合竹子生長，可是卻怎麽會有竹筍的化石？想了好久，他得出結論：“是不是從前這裏氣候溫暖潮濕，適合竹子生長呢？”沈括覺得他這個結論還是很科學的。在此基礎上，他還觀察研究了從地下發掘出來的桃核、蘆根、鬆樹、魚蟹等各種各樣化石，明確指出它們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，以及古環境變遷、植物地理分布的製約因素等。同時，他還考察了黃河三角洲並提出三角洲是黃河泥沙堆積而成的，這些見解用今天的眼光來檢驗也是正確的。他提出廣種樹木、保護樹木以涵養水份的觀點，也完全符合當代的保護環境的理念。這些都表現了沈括可貴的唯物主義思想。