在手工业方面，宋应星力图运用定量的方法，他在叙述生产过程时，特别注意原料消耗、成品回收率等方面的数量关系，有着明确的量的观念。当分析秧苗移毅时，宋应星指出:“凡秧田一亩所生秧，供移栽二十五亩”，即秧田与本田的比例为1:25石这个重要的比例数据近代的江西仍在遵循。宋应星对各种油料的出油率作了初确的说明:“凡胡麻与蓖麻子、樟树子，每石得油四十斤。菜旅子每石得油二十七斤。芸苔子每石得三十斤”。对油料作物这种具体而准确的数据说明，既有理论意义，又有实用价值。
尤其是机械篇详细记述了包括立轴式风车、糖车、牛转绳轮汲卤等农业机械工具，具有极高的科学价值。
宋应星是世界上第一个科学地论述锌和铜锌合金黄铜的科学家。他明确指出，锌是一种新金属，并且首次记载了它的冶炼方法。这是我国古代金属冶炼史上的重要成就之一。使中国在很长一段时间里成为世界上唯一能大规模炼锌的国家。宋应星记载的用金属锌代替锌化合物炉甘石炼制黄铜的方法，是人类历史上用铜和锌两种金属直接熔融而得黄铜的最早记录。
宋应星注意从一般现象中发现本质，在自然科学理论上也取得了一些成就。分别体现在生物学、化学和物理学方面。
他在天工开物中记录了农民培育水稻、大麦新品种的事例，研究了土壤、气候、栽培方法对作物品种变化的影响，又注意到不同品种蚕蛾杂交引起变异的情况，说明通过人为的努力，可以改变动植物的品种特性，得出了“土脉历时代而异，种性随水土而分”的科学见解，把我国古代科学家关于生态变异的认识推进了一步，为人工培育新品种提出了理论根据。
生命运动以极其纷繁的形式呈现在人类面前，众多物种是怎样产生的曾长期困绕着人们的思绪。宋应星在这个问题的认识上向科学迈出了一大步。他在谈到土坡、气候、魏培方法对农作物品种变化的影响时说:“凡稻旬日失水，则死期至，幻出早稻一种，筱而不粘者，即高山可插，又一异也。”在述及蚕种的培育时指出:“若将白雄配黄雌，则其用变成揭茧。”“今寒家有将早雄配晚雌者，幻出嘉种，一异也”。在这里，宋应星愧出了物种变异的重要科学思想。尤其值得指出的是，宋应星所记载的物种变异，有如起因于坏境的变化有的起因于不同品种的杂交，涉及到了对物种变异的更深刻的理解。从这种意义上讲，宋应星是当之无愧的生物进化论的先驱者之一。无怪乎英国著名生物学家、进化枪思想的集大成者达尔文把天工开物中的有关论述作为他论证物种变异、进化的重要例证。
在物理学方面，新发现的佚著论气气声篇是论述声学的杰出篇章。宋应星通过对各种声音的具体分析，研究了声音的发生和传播规律，并提出了声是气传播的概念。
在化学方面，宋应星分析了金、银、铜、锡、铅和锌等多种有色金属的化学性质，比较它们的活泼程度，提出了利用它们之间的差异分离或检验有关金属的方法。在论及分离金银时他指出:“凡足色金参和伪售者，唯银可入，余物无望焉。欲去银存金，则将其金打成薄片剪碎，每块以土泥裹涂，人堵涡中鹅砂熔化，其银即吸入土内，让金流出，以成足色。然后入铅少许，另入琳涡内，勾出土内银，亦毫厘具在也。”
在谈到水银和硫磺升炼朱即硫化汞时指出:“每升水银一斤，得朱十四两，次朱三两五钱”，这增多部分是“借硫质而生”。对这些金属和化合物分离和化合方法的分析，说明宋应