《天工開物》全書詳細敘述了各種農作物和手工業原料的種類、產地、生產技術和工藝裝備，以及一些生產組織經驗。上卷記載了穀物豆麻的栽培和加工方法，蠶絲棉苧的紡織和染色技術，以及製鹽、製糖工藝。中卷內容包括磚瓦、陶瓷的製作，車船的建造，金屬的鑄鍛，煤炭、石灰、硫黃、白礬的開采和燒製，以及榨油、造紙方法等。下卷記述金屬礦物的開采和冶煉，兵器的製造，顏料、酒曲的生產，以及珠玉的采集加工等。
《天工開物》中分散體現了中國古代物理知識，如在提水工具（筒車、水灘、風車）、船舵、灌鋼、泥型鑄釜、失蠟鑄造、排除煤礦瓦斯方法、鹽井中的吸鹵器（唧筒）、熔融、提取法等中都有許多力學、熱學等物理知識。在《五金》篇中，明確指出，鋅是一種新金屬，並且首次記載了它的冶煉方法。
《天工開物》中記錄了農民培育水稻、大麥新品種的事例，研究了土壤、氣候、栽培方法對作物品種變化的影響，又注意到不同品種蠶蛾雜交引起變異的情況，說明通過人為的努力，可以改變動植物的品種特性，得出了“土脈曆時代而異，種性隨水土而分”的科學見解。
宋應星出生於士大夫家族，有較好的學習氛圍。加上自身的勤奮好學，具有較高的文化素養。激烈的科場競爭，曾留給他屢次不中的陰影。往後的仕途生涯也未達到決策圈的顯赫地位，但其對於學問的追求卻從未鬆懈。
宋應星治學旨趣最大的特色於“新”和“異”，其最主要的治學途徑就是走出書齋，接觸社會。其遊曆考察和底層官員的仕途經曆，使之有更多的機會來了解基層群眾生產領域的工藝流程。
八股取士的確定，理學逐漸變為僵化的科舉教條，嚴重阻礙著科學技術的發展。明嘉靖以後，王陽明的心學風行大江南北，江西成為王學傳播與發展的重要陣地。有彆於以性理道學為上的主流思潮，遠承陽明之學的泰州學派等有為於世、反虛務實的小眾思想在這一時期也有所發展。泰州學派在長江中下遊，尤其是長江三角洲和贛江流域等商品經濟發達的地區影響較大，其創始於王艮，影響最大的是李贄，他們提出“百姓日用是道”的命題，體現了崇尚經世致用的進步思想，反映了平民、布衣等階層的要求和願望，具有反封建統治的進步意義，並逐漸成為一門顯學。明末清初西學東漸之風的興盛對中國傳統文化也產生了巨大反響。
明代是中國古代農業、手工業、商業都比較發達的階段，由於商品經濟的發展，明代中期後，部分地區，不少行業中出現了資本主義萌芽。
在農業中，耕地麵積擴大，作物品種得到改良和增加，糧食作物、經濟作物的單位麵積產量和總產量都有了明顯提高。一些地區出現了專業化經營。
明代手工業種類較多，且已具備了一定規模，尤其是與國計民生關係較為密切的冶金、陶瓷、紡織等行業最為發達。棉紡織業成為主要的家庭副業，製瓷業馳名中外，冶礦業由官營向民營發展，造船業發達等。
明代商業和交通亦較發達，白銀成為主要的流通貨幣；一些巨商往往致富於數千裡之外，湧現了一些有名的商幫；沿海地區商貿中心和新興市鎮進一步發展。
《天工開物》是世界上第一部關於農業和手工業生產的綜合性著作，是中國曆史上偉大的科技著作，其特點是圖文並茂，注重實際，重視實踐。它對中國古代的各項技術進行了係統地總結，構成了一個完整的科學技術體係。對農業方麵的豐富經驗進行了總結，全麵反映了工藝技術的成就。
《天工開物》的可貴之處，在於記述了工農業生產中許多先進的科技成果。書中用技術數據給以定量的描述，顯露出先進的科學思想和理論闡述，注重引入理論概念，而非單純技術描述。在農業方麵，《乃粒》指出水稻育秧後三十天即拔起分栽，一畝秧田可移栽二十五畝，即秧田與本田之比為1∶25。又說旱稻食水三鬥，晚稻食水五鬥，失水即枯。這些技術數據對農業生產有指導作用，是育秧、插秧和灌溉的理論基礎，在以前的農書中未曾提到過。
《天工開物》也在一定程度上有所反映西學，如“凡焊鐵之法，西洋諸國彆有奇藥。中華小焊用白銅末，大焊則竭力揮錘而強合之，曆歲之久終不可堅。故大炮西番有鍛成者，中國惟恃冶鑄也。”
《天工開物》中的“物種發展變異理論”比德國卡弗·沃爾弗的“種源說”早一百多年；“動物雜交培育良種”比法國比爾慈比斯雅的理論早兩百多年；挖煤中的瓦斯排空、巷道支扶及化學變化等，也都比當時國外的科學先進許多。尤其“骨灰蘸秧根”、“種性隨水土而分”等研究成果，更是農業史上的重大突破。
《天工開物》詳細記述了家蠶新品種的培育將黃繭蠶同白繭蠶雜交，培育出褐繭蠶，將“早雄”和“晚雌”雜交，培育出“嘉種”，比法國的同類記錄早101novel.com0多年。
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在《五金》篇中，宋應星是世界上第一個科學地論述鋅和銅鋅合金（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煉鋅的國家。宋應星記載的用金屬鋅代替鋅化合物（爐甘石）煉製黃銅的方法，是人類曆史上用銅和鋅兩種金屬直接熔融而得黃銅的最早記錄。總結提出的煉鐵與炒鐵爐的串連使用，直接把生鐵炒成熟鐵，具有現代冶金技術的重要特色。這種方式在17世紀的歐洲還沒有。
《天工開物》中記錄了農民培育水稻、大麥新品種的事例，研究了土壤、氣候、栽培方法對作物品種變化的影響，又注意到不同品種蠶蛾雜交引起變異的情況，說明通過人為的努力，可以改變動植物的品種特性，得出了“土脈曆時代而異，種性隨水土而分”的科學見解，把中國古代科學家關於生態變異的認識推進了一步，為人工培育新品種提出了理論根據。
《天工開物》所述活塞式鼓風技術，較歐洲皮囊式鼓風設備更為先進。響銅合金、響器成型、鐵錨鍛造、鋼針拉製以及“生鐵淋口”等特殊化學熱處理工藝和金屬複合材料技術，亦為最早期的明確記載。在現代，其基本原理仍然適用。
在機械動力學方麵，《天工開物》記載了中國在機械動力方麵的許多發明創造，如紡織花布用的花機，是當時外國所沒有的。“粹精”中介紹中國漢代發明的水碓裝置，把動力機、傳動機和工作機三部分連在一起，比英國試用一個水輪帶動兩盤磨要早1000多年。“作鹹”中的頓鑽打井技術，比俄羅斯鑽井技術早300多年。
《天工開物》主要根植於中國的固有文化傳統。天工開物取自“天工人其代之”及“開物成務”，體現了樸素唯物主義自然觀，與當時占正統地位的理學相異。這種異端化的思想趨勢，反映著一種新的社會現象和時代取向。但是，個人的思想可以有異於主流，卻不能超脫於時代。古代素以農業作為重中之重，所以宋應星的文章中也處處體現出貴五穀輕金玉的思想。
中國科學技術史專家潘吉星在《宋應星評傳》中提到《天工開物·作鹹》及《論氣·氣聲五》都說“天有五氣，以有五行”，認為水火土金木五行由相應的氣而生，不是萬物的最原始本原，又對五行或五氣逐個分析，認為水火二氣是較基本的。宋應星在剖析水火土金木相互關係及過渡層次，即解決了“亦氣亦形”這一物質過渡層次與形的物質過渡層次間相互關係及過渡之後，進一步闡述了萬物生成之理。《天工開物·陶埏》指出“水火既濟而土和。萬室之國，日勤千人而不足，民用亦繁矣哉。”這是說靠水火對粘土的交互作用，燒結成陶瓷，供民日用。
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