古環境變遷思想沈括在延州永寧關(今陝西延川縣東南)曾看到大河崩岸，發現在地下幾十尺的地方有幾百莖類似竹筍的植物，根幹相連，都已成為化石。陝北氣候幹燥並不適宜竹類生長，這些類似竹類的植物化石是怎麼回事呢？沈括認為：很古以前，這裏氣候比較潮濕，有一個適於竹類生長的濕潤環境，到當時的幹燥環境有一個變遷過程。如他所說，陝北“曠古以前，地卑氣濕而宜竹”(《夢溪筆談》卷二一)，反映了他當時對環境變遷這一科學事實的正確認識。
除以上所述外，沈括還進行過許多地理實踐活動。在地圖方麵，他繪製過當時的全國地圖集——《天下州縣圖》(又稱《守令圖》)；製做過木模型圖等，並就製圖六體進行了修正，提出了分率、準望、牙融、傍驗、高下、方邪、迂直七法。還創立了分層築堰水測法，實測了自京城汴梁(今開封市)上善門至泗州(今江蘇盱眙〔xuyi需夷〕)入淮口長840裏130步的汴河河道高差等。因此，沈括在我國地理學史上，是一位十分重要的學者。他的許多地理見解和實踐，不僅在我國，就是在世界科學史上也都是少見的，具有特殊意義。
關於流水侵蝕思想沈括曾去浙江溫州一帶觀察過雁蕩山的特殊地貌景觀。他發現雁蕩山的大地地貌特征很特殊：雁蕩山的各山峰皆挺拔峻險，高聳千尺，矗立於山穀之中；從山頂上看，各山峰頂幾乎都處在同一水平麵上。這在山外卻一點也看不到，隻有進到山穀中，才能看見一個個山峰挺拔林立。這是怎麼形成的呢？他分析後認為是流水侵蝕而成的。他說：這種地貌現象“當是為穀中大水衝激，沙土盡去，唯巨石巋然挺立耳”(《夢溪筆談》卷二四)。他還在大、小龍湫〔qiū秋〕等處看到流水穿鑿的現象，由此又聯係到黃土高原地貌，認為黃土高原的溝壑等地貌現象也是流水切割造成的。
海陸變遷與華北平原成因華北大平原為一個衝積平原，這已是眾所周知的常識，而在我國第一位提出這種理論的人，就是距今1000多年的沈括。
北宋熙寧七至八年(公元1074—1075年)，沈括察訪河北西路時，由開封出發，依太行山而北行。他看到山崖中常常有鑲嵌的螺蚌殼鵝卵石，而且“橫亙如帶”。於是他便聯想到海陸變遷以及華北平原的成因問題。他認為太行山、華北平原為過去的滄海，其變成陸地的原因就是河流衝積作用，即所謂“濁泥所湮耳”(《夢溪筆談》卷二四)。他並從黃河等北方河流的水文特征上進一步論證了華北平原的成因，指出：“凡大河(黃河)、漳水(漳河)、滹沱(河)、涿水(拒馬河)、桑乾(桑幹河)之類悉是濁流(高含沙量)。今關、陝以西，水行地中，不減百餘尺，其泥發東流，皆為大陸(華北平原)之土。”所以，他認為他提出的衝積成因理論“此理必然”(《夢溪筆談》卷二四)。事實上也確實如此。