沈括具有求索精神，具備實證方法，正是這種對科學的嚴謹態度，使他在晚年歸退後著成了傳世之作——《夢溪筆談》。
《夢溪筆談》是一部大型的綜合性的學術著作，書中以大量篇幅記述了當時的政治、軍事、法律、人事以及一些傳聞軼事、藝文掌故等。對賦役擾民、西北與北方軍事利弊及典禮禮儀和古代音樂演進，均有翔實記載。該書對於研究北宋社會、政治、科技、經濟諸方麵有重要參考價值。
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，因而被現代人譽為“中國科學史上的坐標”。《宋史沈括傳》說：“括博學，善文，於天文、方誌、律曆、音樂、醫藥、卜算，無所不通，皆有所論著。”李約瑟說：“沈括是中國科學史中最奇特的人物。”列寧稱沈括為中國十一世紀“兩個偉大的人物”之一。
在《夢溪筆談》中，沈括詳細記載了勞動人民在科學技術方麵的卓越貢獻和他自己的研究成果，反映了我國古代特別是北宋時期自然科學達到的輝煌成就。比如在北宋元豐年間，慶州地區出現了子方蟲，正要危害田野裏的莊稼。忽然又有一種蟲子出現了，樣子像泥土中的狗蠍，它的嘴上長有鉗子，成千上萬，遍地都是。它們遇見子方蟲，就用鉗子搏擊它，子方蟲全都被截為成為兩段。十天後，子方蟲全都被消滅，農民因此而獲得大豐收。這種蟲子過去就有，當地人稱它為“傍（旁）不肯”。
《夢溪筆談》中還有關於北宋的建築家喻皓的一則趣聞：朝廷要在杭州梵天寺修建一座木塔，才建了兩三層，它就開始晃動。工匠師傅說：“木塔上沒有鋪瓦片，上麵輕，所以才這樣。”於是就叫人把瓦片鋪排在塔上，但是木塔還像當初一樣晃動。沒有辦法時，匠師就秘密地派他的妻子去見喻皓的妻子，拿金釵送給她，要她向喻皓打聽木塔晃動的原因。喻皓笑著說：“這很容易啊，隻要逐層鋪好木板，用釘子釘牢，就不會晃動了。”工匠師傅遵照他的話去辦，塔身就穩定了。因為釘牢了木板，上下更加緊密相束，上、下、左、右、前、後六麵互相連接，就像隻箱子，人踩在那樓板上，上下及四周板壁互相支撐，塔當然不會晃動。人們都佩服喻皓的高明。