宋應星認識到了，天地之間的事物錯綜複雜、種類數以萬計。萬事萬物盡管都存在著，但也並不全都有用，宋應星認為其中對人類無益的和有益的各占一半。每個人不可能僅僅憑借自身的直觀經驗來觀察、認識事物，因為這樣的認識總是很狹隘的。那麼，世上有那麼多聰明博學的人，他們的學識也一定是基於對日常事物的基本認識的基礎之上的，否則，他的學識是沒有什麼價值的，是虛無飄渺的。但受製於當時的生產和技術水平，人們不可能都親身體驗科學技術和生產技術發展的方方麵麵，而這些又都是人們應該具備的實用的學問，於是，他勤勉收集各類書籍當中的有意見解，憑借自己的基本學識，創作了《天工開物》。本意是開智化愚，由此，此書不僅力盡全麵詳實地記載我國勞動人民的勤勞智慧，具有很重要的科學價值，而且也反映了宋應星的治學態度和學識素養，受到國內外科學技術史研究者的尊重。
《天工開物》一書全麵係統地記錄了我國古代農業和手工業的生產技術情況，詳細記錄了農作物栽培、食品加工、采礦冶煉、軍用器械製造等過程中的原材料的品種、用量、產地、工具構造和生產加工等基本情況。同時，該書也對工藝技術的發展曆程作了詳細的記載，包括毛皮處理、顏料製作、榨油、製糖、造紙、陶瓷、鑄造、錘鍛、車船和兵器製造等工藝過程。因此，《天工開物》又被稱作是一部百科全書式的科技文獻著作，為研究我國古代科學技術和社會經濟提供了極有價值的資料。
在我國古代，生產力的發展水平幾乎是一直處於世界領先水平的，特別是隨著生產工具的幾度變革，到了明代，農業經濟已經是十分繁榮。特別是在江南的一些地區，還出現了商品經濟的萌芽，手工作坊四處林立，呈現出一派繁榮的景象。商品經濟萌芽的發展和手工業生產對原料的大量需求又促進了農產品的商品化，出現了經濟作物種植加工的熱潮。經濟作物之一棉花首先得到普遍種植，此外，像蔗糖、油料、染料等作物的種植、提煉也有了重大發展。《天工開物》針對當時的具體情況，加重筆墨記錄經濟作物的栽培技術。比如，關於油料作物的記載，全書就有多達16種的記錄，並且逐一對它們的效用進行詳細地比較分析，這在當時的農書中是最全麵的。其中，《甘嗜》卷裏關於甘蔗的種植培育方案，在今天仍有進一步加以總結提高和推廣的價值。書中提到采用育苗移秧和中耕培土的方法種植甘蔗，這是我國古代勞動人民在勞動中獨創的先進技術，一直以來都作為使甘蔗增產的有效措施而得到普遍的應用。
通過對農作物種植和培養過程中的觀察研究，宋應星仔細記錄了培育水稻、大麥等新品種的許多事例，分析研究出了土壤、氣候、栽培方法等對作物品種變化的影響。宋應星以大量的觀察和分析為基礎，明確地提出了“種性隨水土而分”，這就是對以往的傳統的物種不變的形而上學觀念的第一次強大的衝擊。宋應星注意到不同品種蠶蛾雜交變異的情況，推斷出可以通過人工的努力改變動植物的品種物性，於是第一個提出了關於物種變異的科學論斷，這在我國古代科學家關於生態變異的傳統的認識的基礎上做出了創新，也為日後改良品種的實踐提供了有力的理論根據。而在歐洲出現第一個提出此觀念的人，卻是比宋應星晚120多年的事情了。農業及經濟作物的發展當然得益於手工業生產技術的提高。在當時，明代的手工業生產技術水平在世界上是先進的，這些在《天工開物》中都有具體闡釋。比如，《天工開物》用了約占全書四分之一的篇幅，比較係統和全麵地反映了冶金和金屬加工工業方麵的成就。在當時這些方麵在生產規模、產量和技術上都居於世界的領先水平。特別是在煉鋅（當時稱為“倭鉛”）技術方麵，我國勞動人民開創了密封加熱法，克服了煉鋅過程中的最大困難，使我國成為當時世界上唯一一個能夠大規模進行鋅冶煉的國家。由此，《天工開物》也成為世界上第一部記述鋅冶煉和銅鋅合金技術的科學著作。關於冶煉鋼鐵，在中國古代早有發展，《天工開物》就記錄了我國人民獨創的用生鐵流灌注熟鐵的“灌鋼”冶煉法在明代的新發展，即當時采用的從鐵水直接煉成熟鐵（低碳鋼）的連續生產工藝。另外，《冶鑄》卷中還提到明代煉鐵使用的一種輕便靈巧、可以進行連續鼓風的活塞木風箱，這種設施提高了冶煉效率，而且比歐洲的同類設施要早一百多年。當然《冶鑄》卷的主要內容是全麵係統地記載明代先進的鑄造工藝，其中，宋應星介紹了精密鑄造、反模鑄造和砂型鑄造等三種典型方法，此卷也可以視為古代一部比較完整的鑄造工藝學著作。有關金屬加工方麵的記錄，本書內容也很全麵豐富，從千斤巨錨到軟、硬繡花針，大小器的冷熱鍛造方法，書中都有相應的記錄。其中，我國人民在勞動中總結創造了對工具和武器強化金屬表麵、提高硬度的“生鐵淋口”技術，即使在今天也具有很重要的使用價值。