在遊玩考察的過程中，徐霞客不論是多麼的勞累，他都堅持將每天的考察發現的東西記錄下來。
有時候，徐霞客跋涉百裏山路，晚上寄居荒村殘留破廟，或露天席地時，他點起油燈，燃起篝火，寫下遊曆日記，記錄當日考察見聞。據估算，徐霞客一生寫下兩千萬餘字的考察筆記。可惜的是，由於保存不當，加上徐霞客遊曆天下，大多數是居無定所的日子，考察筆記大部分遺失，今日所見的《徐霞客遊記》隻是一小部分，僅存四十萬餘字。這四十萬字向後人展示了他的考察紀實，尤其是對邊遠偏僻之地的見聞。
研究石灰岩的鼻祖
徐霞客還是研究石灰岩的鼻祖先驅，在徐霞客的成就中，對石灰岩的研究最為突出。
公元1774年後，歐洲人對石灰岩外貌進行了廣泛考察，發現石灰岩的第一人叫做愛士培爾。1858年，羅曼對石灰岩進行分類。二人對石灰岩外貌的研究，與徐霞客相比，都要晚上一兩百年。
在我國西南各省，特別是湖南、廣西、雲南貴州一帶，這些地方石灰岩地貌分布最廣、發育最為完整。徐霞客在那裏進行了為期三年的考察，並留下了詳細的考察記錄，這是世界上對石灰岩地貌進行考察的最早文獻記錄。
遊記表明，徐霞客那時候已經明確地意識到石灰岩地貌的形成原因。因為石灰岩發育的時期和時間不一樣，從而形成了石灰岩地貌的差異。如桂林、陽朔一帶，石灰岩地貌因為缺乏風化物質，加上無肥沃土壤覆蓋，形成了石峰矗立的地貌。而柳州一帶，土山迤邐，如尖錐刺囊。按照現在地質學的術語來說，桂林那一帶的石灰岩地貌，體現出石灰岩地貌發育晚期的情形，而柳州一帶的石灰岩地貌，則是發育鼎盛時期的特征，可見徐霞客的觀察有多麼精準了！
石灰岩地貌還有一個特點，就是擁有眾多的岩洞。徐霞客親身查探的岩洞多達上百，通過探究，他對岩洞、石鍾乳的結構和成因都有獨到的見解。他認為，岩洞的形成是由於流水的侵蝕，石鍾乳則是由於石灰岩溶於水後，從石灰岩岩石中滴下的水滴蒸發，凝聚而成。
在石灰岩地貌的考察中，徐霞客費盡艱辛。在湖南的九嶷山，當地有一個飛龍岩，徐霞客請當地的和尚明宗當引導，帶著火炬前去考察。飛龍岩是一個巨大的洞穴，洞內道路曲曲折折，洞中藏洞，地形極是複雜多變，洞內也多是水坑，很難行走。徐霞客卻不在乎，鞋子丟在洞內也沒察覺。當時，和尚明宗已經走不下去了，他多次勸徐霞客離開，徐霞客都沒有聽，直到火把即將燒盡，徐霞客才戀戀不舍地離開。限於當時的科技水平，因為沒有任何的儀器輔佐，徐霞客都是用目測，但他的考察數據大都比較科學，並且在後世人類的考察中一一得到證實。
除此之外，徐霞客還對溫泉、火山等都有研究，《徐霞客遊記》中，徐霞客對當時民族文化、交通、農工業、手工業、風土人情等方麵都有記述。
徐霞客最後一次出遊，是在公元1636年，當時的徐霞客已經五十一歲了，這次出遊大致是中國的西南地區和中緬邊界的雲南騰衝地區。在這次遊曆中，徐霞客身染重病，1640年被人送回故鄉江陰縣，第二年病逝。
《徐霞客遊記》不光在地理學上有巨大的貢獻，它在文學上的造詣也頗高，是一部文筆精湛的遊記文學。它所描述的大自然風光，質樸綺麗，被人稱讚“世間真文字，大文字，奇文字”。它還描述了大自然的雨、霧、晴、晦等各種氣象變化，也描述了山、水、奇岩、怪木等自然景象。讀徐霞客的書，仿佛山水之景就在眼前，大有身臨其境的感覺。他的文字帶領著我們循著他的足跡跋涉奇山勝水、奇峰峻岩，激流險灘。使人忍不住為祖國的山水而驚歎，對祖國產生出無限的深情。
經過後人整理的《徐霞客遊記》，裏麵包括遊天台山、雁蕩山、廬山等名山遊記17篇，以及《浙遊日記》、《江右遊日記》、《楚遊日記》、《粵西遊日記》、《黔遊日記》單本著作。他的《衡遊日記》中，對石鼓山和石鼓書院的詳盡記述，為後人修複石鼓山書院提供了最詳細的資料記載，徐霞客的遊記是對中國文化最大的饋贈。為了紀念徐霞客對中國地理研究上的貢獻，在徐霞客故鄉江陰，人們建有徐霞客人物雕塑，他將被人們世世代代記在心中。