英國人李約瑟在《中國科學技術史》中提出了一個觀點，他說：“宋代雖然軍事上常常出師不利，且屢為少數民族邦國所困，但帝國的文化和科學卻達到了前所未有的高峰 ”。在這個時代，說理的散文代替了抒情的詩歌，哲學的討論與科學的描述取代了對佛老宗教的信仰。宋朝的士大夫雖然心繫天下，但也沒有忽視生活中的趣味，他們除了當官從政之外，還在其他領域中有所奉獻，常用“筆記”或“筆談”的形式來記載下這些發現，沈括就是其中最有代表性的一位。
李約瑟曾給予沈括高度的評價，說道：“他可能是中國整部科學史中最卓越的人物了”。沈括生活在北宋時期，當時的西方還處於中世紀，西學東漸也是在明朝時才出現，所以宋朝科學可以稱得上是近乎完全的本土化了。在眾多的宋朝科學家中，沈括無疑是最傑出的代表，他所寫的《夢溪筆談》有一半以上的篇幅涉及到了科學知識。但許多人卻讀不懂這些知識的意義，常常把它們當作經驗性的記錄或筆記小說來看，沒有領悟到其中的科學精神，從而低估了沈括及《夢溪筆談》的價值。
沈括（1031年—1095年），北宋百科全書式的人物
作為科學家的沈括
跟大多數名人一樣，沈括以官員的身份寫入正史之中。在多年的仕途生涯中，他在外交、軍事、經濟、水利、工程等方面都有所建樹。當然，對後世影響最大的還是他在天文學領域的工作。《宋史·天文志》裡就收錄了沈括所寫的《渾儀》、《浮漏》及《景表》三篇文章，他與蘇頌一同改進了唐朝人李淳風的歷法理論及觀天儀器。此外，在《夢溪筆談》中沈括還論及了各個領域的科學知識，就連《宋史》也說：
“括博學善文，於天文、方誌、律歷、音樂、醫藥、卜算，無所不通，皆有所論著。”
說他是一個百科全書式的人物也絲毫不過分。李約瑟在讀到《夢溪筆談》後，驚異於這本科學奇書竟然還沒有一種西方文字的譯本。為此，他通過列表的形式，將《筆談》裡有重要價值的584條內容挑選出來，再進行分類，呈現在世人的面前。李約瑟認為《筆談》可大致分為三大類，即“人文資料”、“自然科學 ”和“人文科學”。其中自然科學共有207條，涉及到陰陽五行、數學、天文和曆法、物理學、化學、建築工程及農藝醫藥等；人文科學則有107條，涉及人類學、考古學、語言學和音律學。總的來說，科學部分幾乎佔了全書的五分之三。
從《夢溪筆談》中我們可以看出沈括不是一個簡單的博物學家，而是真正的科學家。他不像張華等人那樣，侷限於對事物的羅列以及現象層面的瞭解，而是試圖深入到對象的本質中去，探究根據的道理及規律，用他的話來說就是要“原其理”。《夢溪筆談》絕非博物材料的堆砌，書中無不體現著沈括的科學精神，這需要一定的讀書技巧才能理解。
研究科學要保持對世界的“驚奇”
愛因斯坦在《自述》中說我們每個人來到這個世界上，首先要滿足胃的需要，但這種滿足不應陷入無窮的追逐之中，人還需要追求一點精神上的發展。而能夠把我們從原始的情感所支配的生活中解救出來的第一個嘗試就是對外在世界的驚奇。正是這種驚奇心理，才使我們逐漸意識到有一個巨大的未知世界離開我們人類而獨立存在著，它在我們面前就像一個永恆的謎，我們有必要從思想上掌握這個外部世界。
驚奇心使許多人走向了科學之路，愛因斯坦就說：“當我還是一個四五歲的小孩，在父親給我看一個羅盤的時候，就經歷過這種驚奇。”日常生活中，我們會覺得只有通過接觸，事物才會發生改變，但羅盤的轉動超出了這種經驗之外，讓我們覺得有什麼東西深深地隱藏在後面，需要去探個究竟，這種好奇心理使我們對自然科發生了興趣。
在《夢溪筆談》裡，無處不有著驚奇之論。《指南針》寫道：“磁石之指南猶柏之指西，莫可原其理”，這說明沈括通過觀察自然界發現了磁石磨成針鋒後，具有指向南方的規律，於是他對這種現象感到驚奇並記載了下來——雖然他還不能“原其理”，但已經有了要探究現象背後原理的好奇心，這正是科學研究所不可或缺的前提。
又如《虹》裡記載沈括在出使契丹的途中，遇到了一場大雨，天晴後河流上方出現了一道彩虹。人只要站在背光面，就可以欣賞彩虹的奇貌，而站在向光面則什麼都看不到，這讓沈括感到非常奇怪。於是他便引孫彥先的話來推測，說“虹乃雨中日影也，日照雨則有之”，成功探究出了彩虹的本質及成因。《筆談》認為彩虹是“雨中日影”，也就是雨中的太陽光，當太陽光照射雨水時，便生出了彩虹。這個科學發現最初要來自沈括的好奇心，他記得“世傳虹能入溪澗飲水”，因此在出差的時候也不忘保持對自然的好奇，抓住每一次觀察的機會，進而做出合理的解釋來。
沈括具有注重觀察與實驗的精神
實驗科學的創始人弗朗西斯·培根曾說：“歷來研究科學的人要末是經驗主義者，要末是獨斷主義者。”經驗主義者常以博物學家的身份出現，他們像螞蟻一樣把一切外部知識材料儘可能多的收集起來，然後彙編成冊；獨斷主義者則多為清談家，他們像蜘蛛一樣只從自己的身體裡把網編織出來。而真正的科學家應當像蜜蜂一樣，採取中間的道路。他們通過實驗從花園採集材料，然後用自己的理智來改變和消化這些材料。對於科學來說，觀察與實驗是向自然界採集材料的重要手段。
作為科學家，沈括並不迷信權威和傳統，他始終力圖通過觀察與實驗來說明原理，在《修歷當重實測》中，他批評說：“前世修歷，多隻增損舊曆而已，未曾實考天度。”如果只在書本上做學問，而不去觀察現實的星空，那麼所得到的歷法必然是不準確的。
《觀測極星》裡說從漢朝以來，人們一直堅信“北辰居天中”，所以才叫做“極星”。南北朝時，祖𣈶利用璣衡觀測天極，發現天空中的不動之處離極星尚有一度之差，這說明北辰並未完全居於天中。沈括受到了這個啟發，也想一探究竟，他在夜晚時也用璣衡來觀測極星，前後歷時三個月，畫出了初夜、中夜及後夜等二百餘幅星圖。他發現極星並非固定不動，在不同時候窺口裡所看到的極星在不同的位置上，大體循著圓形旋轉，夜夜不差，於是沈括斷定“
天極不動處遠極星猶三度有餘”。通過觀察，他發現了北極星與北天極並不重合的事實。
在《夢溪筆談》中，沈括還發表了一個有趣的預言。他在《石油》裡說鄜延境內發現了石油，當地人將這種黑色的液體裝入缸裡，用作塗料。而沈括則發現石油具有可燃性，燃燒過後會產生灰煙，這些可能有著特別的用途。他說：“疑其煙可用，試掃其煤以為墨，黑光如油”，實驗證明石油之墨要遠勝於松墨。於是，沈括大膽的預言說：
“此物後必大行於世，自餘始為之，蓋石油至多，生於地中無窮，不若松木有時而竭.....造煤人蓋未知石煙之利也。”
這段話表明沈括發現了石油的用處，並預言這種物質將來大有用處，實在是遠見卓識。
沈括擅長分析與推理
科學家與單靠技術的匠人存在區別，他們擁有著卓越的思維能力，這在對事物的解釋中可以看得出來。
《日月之形》裡有人問沈括說：“日、月之形如丸邪？如扇邪？若如丸，則其相遇豈不相礙？”由於我們無法觸摸到太陽與月亮，古代也沒有航天器或探測儀，無法通過經驗來判定日月究竟是像團扇一樣呈平面的圓形，還是像丸子一樣呈立體的球形。對此，需要通過邏輯推論來給出答案。沈括直接回答說：“日、月之形如丸。何以知之？以月盈虧可驗也。”他說月亮本來是沒有光的，是反射日光而已。當月光初生時，太陽照到其旁邊，所以看上去才像彎鉤一樣；等到太陽漸遠而斜射時，從側面來看月形仍如鉤，而正面卻已經是正圓。因此，月亮不可能是一個平面，它必須是立體的結構才能從不同角度來反射日光。在《日月蝕》中又說日月在同一度相遇則為日蝕，在一度相對則月為之虧，說明日月相遇只會造成日食和月食，而非碰撞或阻礙。
在地理學方面，沈括通過觀察與推理也多有發現。《海陸變遷》說他曾逢使河北，途徑太行山，發現山崖之間有許多螺蚌殼及像鳥卵一樣的石子，於是沈括推理說：“此乃昔之海濱，今東距海已近千里，所謂大陸者皆濁泥所湮耳 ”，認為西北地區的泥沙向東流動堆積，使原本滄海一片的華北平原變成了大陸，可謂見識過人。
沈括實事求是，承認未知的東西
邵雍曾說：“物理之學，或有所不通，則不可以強通。強通則有我，有我則失理而入於術矣。”這種實事求是的思想可視為北宋學術精神之風貌。在《夢溪筆談》裡，沈括本著科學的態度，對能夠解釋的東西進行論證，而對暫時無法解釋的東西則存疑，絕不牽強附會。
《物理有常有變》中指出：“大凡物理有常、有變，運氣所主者常也，異夫所主者皆變也，常則如本氣，變則無所不至惡各有所佔。”自然界中許多事物都遵循著規律而運轉，但也有一些反常的例外存在，為科學所暫時無法解釋。《磁針指南北之異》就說磁針並非一直都是指南的，有時候它也會指北，不知道是石性不同的緣故還是磁場發生了反轉。在這種難以做出解釋的情況下，沈括說：“理應有異，未深考耳”。我們要承認，在“常理”之外依然存在著一些未知的“異理”，不能用“常理”的思維去強行解釋“異理”，否則將陷入謬誤之中。
用系統的觀點來讀《夢溪筆談》，我們就會發現這絕不是一本散亂的筆記小說，在其中隱含著沈括的科學思維。他大膽地探索了當時所能認識的那些“常理”，始終保持著對事物的好奇之心，是中國歷史上少有的百科全書式人物。
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