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沈括的成就有：数学上发明了隙积数，会圆数；物理上发明了湿法炼铜；天文上改进仪器；同时编绘了《天下州县图》等。
隙积术指如何计算垛积，沈括运用类比、归纳的方法，以体积公式为基础，把求解不连续的个体的累积数，化为连续整体数值来求解，巳具有了用连续模型解决离散问题的思想。在中国国数学史上，开辟了高阶等差级数求和的研究领域，开创了中国垛积术研究的先河。南宋数学家杨辉发展了这一成果，创造了垛积术公式。
会圆术，实际上是指由弦求弧的方法，主要思想是局部以直代曲，对圆的弧矢关系给出了一个比较实用的近似公式。在中国数学史上，沈括第一个利用弦、矢求出了孤长的近似值。这一方法的创立，不仅促进了平面几何的发展，而且在天文计算中也起了重要的作用，为中国球面三角学的发展作出了重要贡献。
会圆术问世后，得到了广泛应用，郭守敬、王恂等都用到过会圆术。
湿法炼铜，据沈括《梦溪笔谈》记载，信州铅山县有苦泉、流而成涧。舀取泉水煎 熬，就能得到胆矾，熬制胆矾就能生成铜，熬胆矾的铁锅，日子久了也会变成铜。这里，苦泉就是硫酸铜溶液，胆矾则是硫酸铜，沈括的这段记录，即湿法炼铜，利用化学置换反应的方式提炼金属。
改进仪器。 浑仪是测量天体方位的仪器，经过历代的发展演变，到宋朝， 北京天文馆：郭守敬的简仪浑仪的结构已经变得十分复杂，三重圆环相互交错，使用起来很不方便。沈括对此作了很大改进：取消了浑仪上不能正确显示月球公转轨迹的月道环，放大了窥管口径，使其更便于观测极星，既方便了使用，又提高了观测精度。元世祖至元十三年（1276年），郭守敬创制的新式测天仪器——简仪，就是在这个基础上产生的。
漏壶是古代测定时刻的仪器，沈括对漏壶也进行了改革，把曲筒铜漏管改做直颈玉嘴，并且把它的位置移到壶体下部。这样流水更加通畅，壶嘴也坚固耐用多了。
沈括还制造了测日影的圭表，而且改进了测影方法。
编绘了《天下州县图》。元佑二年（公元1087年），历经十二年不懈的努力，沈括完成了奉旨编绘的《天下州县图》，图幅之大，内容之详，都是以前少见的。全套地图共有二十幅，包括全国总图和各地区分图，比例为九十万分之一。在制图方法上，沈括提出分率、准望、互融、傍验、高下、方斜、迂直等九个方法，并按方域划分出“二十四至”，从而大大提高了地图的科学性。可惜南宋战乱频发，此图竟毁于战火之中，成为千古遗憾。 沈括还有一大创造，就是用“飞鸟图”绘制《大宋天下郡守地图》，使得北宋的地图越来越精确。在宋代，由于测绘技术的局限，绘制地图用的是循路步之法，由于道路弯弯曲曲，山川高低错落，用步行数据绘制的地图与实况有很大的误差。沈括采用“飞鸟图” 也就是“取鸟飞之数”，用的是飞鸟直达的距离，类似航空拍摄，使得地图的精确度大为提高。沈括的地理学说与《大宋天下郡守地图》，在宋辽边界谈判中发挥了重要作用。 在实地测量的基础上，他制作了几种类型不同的地图模型，并附有详细的说明书。他还绘制了当时全国的地图20幅，汇辑成集，称《天下州县图》，其比例为“以二寸折百里”。同时，沈括视察河北边防的时候，曾经把所考察的山川、道路和地形，在木板上制成立体地理模型。这个做法很快便被推广到边疆各州。
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