上回講到，崇禎帝在“官僚體系”內招攬“科技人才”時，發現“宋應星”的與眾不同，打算給予重點培養。
“宋應星”尤其是在《機械》篇中，詳細記述了包括立軸式風車、糖車、牛轉繩輪汲滷等常見農業機械工具，具有極高的科學使用價值。“宋應星”還是世界上第一個科學論述鋅和銅鋅合金（黃銅）的科學家。
他明確指出，鋅是一種新金屬，並且首次記載了它的冶煉方法。這是中國古代金屬冶煉史上的重要成就之一。使中國在很長一段時間裡，成為世界上唯一能大規模冶煉金屬鋅的國家。
“宋應星”記載的用金屬鋅代替鋅的化合物（爐甘石）來煉製黃銅的方法，是人類歷史上用銅和鋅兩種金屬直接熔融後，而得黃銅的最早記錄。
“宋應星”很注意從一般現象中發現本質，並在自然科學理論上也取得了一些成就。分別體現在生物學、化學和物理學方面。在生物學方面，“宋應星”在他自己所寫的《天工開物》中記錄了農業生產的事。
他指出，當農民在培育水稻、大麥等新品種時，應當研究土壤、氣候、栽培方法等，會對作物品種的變化產生什麼影響？他還注意到，不同品種蠶蛾雜交引起變異的情況，說明透過人為的主動干預，可以改變動、植物的品種特性，並得出了“土脈歷時代而異，種性隨水土而分”的科學見解。
“宋應星”的這種見解，把中國古代科學家關於“生態變異”的認識向前推進了一步，為“人工培育新品種”提出了理論根據。
生命運動以極其紛繁的形式呈現在人類面前，眾多物種是怎樣產生的，曾長期困繞著人們的思緒。“宋應星”在這個問題的認識上向科學邁出了一大步。
他在談到土坡、氣候、栽培方法對農作物品種變化的影響時說:“凡稻旬日失水，則死期至，幻出早稻一種，筱而不粘者，即高山可插，又一異也。”
在述及蠶種的培育時，他指出：“若將白雄配黃雌，則其用變成揭繭。”他還說：“今寒家有將早雄配晚雌者，幻出嘉種，一異也”。在這裡，“宋應星”提出了物種變異的重要科學思想。
尤其值得指出的是，“宋應星”所記載的物種變異，有的起因於壞境的變化；有的起因於不同品種的雜交，涉及到了對物種變異的更深刻的理解。
從這種意義上來說，“宋應星”是當之無愧的“生物進化論”的先驅者之一。無怪乎英國著名生物學家、進化論思想的集大成者達爾文，把《天工開物》中的有關論述作為他論證物種變異、進化的重要例證 。
在物理學方面，其新發現的佚著《論氣•氣聲》篇是論述聲學的傑出篇章。“宋應星”透過對各種聲音的具體分析，研究了聲音的發生和傳播規律，並提出了“聲是氣傳播”的概念。
在化學方面，“宋應星”分析了金、銀、銅、錫、鉛和鋅等多種有色金屬的化學性質，比較它們的活潑程度，提出了利用它們之間的差異分離或檢驗有關金屬的方法。
在論及分離金、銀時，他指出：“凡足色金參和偽售者，唯銀可入，餘物無望焉。欲去銀存金，則將其金打成薄片剪碎，每塊以土泥裹塗，入堵渦中鵝砂熔化，其銀即吸入土內，讓金流出，以成足色。然後入鉛少許，另入琳渦內，勾出土內銀，亦毫釐具在也。”這是用高溫加熱的物理方法分離合金成分並提純之。
在談到水銀和硫磺升煉硃砂（即硫化汞）時，“宋應星”指出：“每升水銀一斤，得朱十四兩，次朱三兩五錢”，這增多部分是“借硫質而生”。
對這些金屬和化合物進行分離和化合方法的分析，說“明宋應星”對大量的化學反應已十分關注，並認識到化學反應中各種物質成份相互作用的關係，以及化學反應前後各種物質成份之間的關係，具有“質量守恆”的思想。“質量守恆”是指在任何孤立系統中，不論發生何種變化或過程，其物質總質量始終保持不變。
在“化學”這一學科的歷史發展中，人們對“質量守恆”的認識經歷了很長的時間，最後才由法國著名化學家拉瓦錫，在研究燃燒過程中確立下來。但是，這已經是西元18世紀下半葉的事情了。
然而，“宋應星”最早在對金、銀進行分離的方法分析中，在硫化汞的製取過程中，早就窺測到了這種物質運動的深邃奧秘，雖認識程度不及後者能提出完整的“質量守恆定律”，但畢竟比後者早了一百多年！
“宋應星”對於那些鬼怪、迷信之說給予堅決駁斥， 主張對事物的考察要用“試見”和“試驗”的方法。
如他對麥子的開花就進行過仔細觀察，作出了“江南麥花夜發，江北麥花晝發’的科學結論。而對未經自己親自檢驗的事物和現象，“宋應星”往往持謹慎保留的態度。
值得稱道的是，“宋應星”在學術上對自己要求極嚴，有著高尚的科學美德。其在《天工開物》的初稿中，包含有“觀象”和“樂律”二卷，是作者“宋應星”專門論述天象觀測和音樂韻律的。
可是，在《天工開物》正式刊行時，作者卻將上述兩卷抽了出來。“宋應星”自認為這兩卷“其道太精，自揣非吾事，故臨梓刪去”了。這說明“宋應星”追求實際例證，也就是“耳聽為虛，眼見為實”的科學精神。
“宋應星”在闡明其“形氣”論、“二氣五行說”及萬物“生化之理”的自然觀時，已經把中國傳統“唯物主義哲學”關於物質的構成及其發展的學說推向一個新的境界，樹立了一個新的里程碑，使古代樸素的自然觀具有更多哲理性和自然科學內容。運用他的這些理論思想，就能夠比較容易的去解釋更加廣泛的自然現象了。
“宋應星”的“唯物主義自然觀”的觀點，是在與當時佔統治地位的“唯心主義自然觀”的鬥爭中成長起來的。“宋應星”為自己的著作冠以“天工開物”之名，就是這一思想的生動體現。