明代的农业、手工业很发达，资本主义萌芽不断滋长，促进了我国科学技术的长足发展。一方面，迅速聚积起来的生产知识和技术经验有待作出总结；另一方面，比家庭手工业规模更大的手工业工场要求运用科学知识、先进的设备、低廉的消耗和较高的劳动生产率来组织生产。社会的需要，加之客观的可能，使宋应星写出了一部足以使他永垂不朽的著作——《天工开物》。
《天工开物》是一部科学技术著作，最早刊刻于崇祯十年（1637）。全书分上、中、下三卷，又细分乃粒、乃服、彰施、粹精、作咸、甘嗜、陶埏、冶铸、舟车、锤锻、燔石、膏液、杀青、五金、佳兵、丹青、曲蘖、珠玉十八章。以“贵五谷而贱金玉”为原则，把农业放在前面，次以与手工业生产有关的各章，而把与国计民生无大关系的珠玉放在最后。
上卷六章，多与农业生产相关。《乃粒》主要论述稻麦黍稷及粱粟麻菽等粮食作物的种植栽培技术以及有关生产工具，包括各种水利灌溉机械。《乃服》介绍养蚕、缫丝、丝织、棉纺、麻纺、毛纺等的生产技术以及所用工具、设备及操作要领。《彰施》介绍各种植物染料和染色技术，对蓝靛的种植及蓝靛的提取和从红花中提取染料的过程叙述尤其详细，又涉及不同颜料及配色及媒染方法。《粹精》讲稻、麦等的收割、脱粒、磨粉等用的工具及技术。《作咸》叙述海盐、池盐、井盐的产地以及制盐方法。《甘嗜》介绍甘蔗的种植、制糖的技术及工具，兼及蜂蜜与饴糖；中卷七章，多为工业技术。《陶埏》介绍建筑用砖瓦及日常所用陶、瓷器制作技术及工具，如景德镇的制瓷技术。《冶铸》重点介绍铜钟、铁锅、铜钱的铸造方法及工具，包括失蜡法、实模法及无模铸造三种，是我国传统铸造技术最详尽的记录。《舟车》介绍船舶、车辆的结构、用材、驾驶方法。《锤锻》叙述金属锻造工艺，大到万斤铁锚，小到绣花针，以及其他各种生产工具。《燔石》介绍石灰、硫磺、矾石的烧制及采煤技术。《膏液》介绍各种油料作物及其榨取方法、制蜡技术。《杀青》专论纸的种类、原料及用途，介绍造纸工艺及设备；下卷五章，《五金》论各种金属矿的开采、洗选、冶炼及分离技术。《佳兵》介绍各种冷兵器及火药、火器的制造技术。《丹青》专论制墨技术及制颜料的方法。《曲蘖》记述酒母、红曲等的原料、配比、产品用途。《珠玉》专论珍珠、宝玉、宝石的采掘以及加工技术，兼及玛瑙、水晶和琉璃等物。书中既有大量确切的数据，又绘制了123幅插图，展示各有关的生产过程。除个别部分属于引用他人的著述之外，绝大多数内容都是作者经过实地的观察研究所得，忠实地总结和记载了我国古代农业、手工业生产技术等各方面的卓越成就。这是一部百科全书式的巨著，它具有极重要的科学价值。
尤为难能可贵的是，宋应星常能发前人之所未发，言前人之所未言，把许多先进的科技成果用技术数据作定量的解说，把生产技术中的诀窍、关键技术指出来。比如谈水稻种植技术，用浸种法育秧时，“秧生三十日即拔起分栽”，否则会导致减产。另外，“凡秧田一亩所生秧，供移栽二十五亩”，即秧苗田与本田的比例应是1：25。又如谈到采煤，“初见煤端时，毒气（瓦斯）灼人。有将巨竹凿去中节，尖锐其末，插入炭中，其毒烟从竹中透上，人从其下施蠼十取者。或一井而下，炭纵横广有，则随其左右阔取。其上支板，以防压崩耳”。以竹筒将瓦斯引上地面和用支板支撑矿井顶部以防坍塌，都是采煤过程中既简便有效又经济的做法。
《天工开物》在崇祯十年（1637）正式刊行后，产生了广泛的影响，并很快传到日本、朝鲜。十九世纪，《天工开物》又被摘译成法文、意大利文、俄文、英文、德文。二十世纪七十年代，英文全译本在美国出版，更使该书获得世界各方面的赞誉。
除《天工开物》之外，宋应星还着有《观象》、《乐律》、《源耗》、《卮言十种》及《野议》、《画音归正》、《杂色文》、《春秋戎狄解》、《思怜诗》、《美利笺》等。现存的仅《天工开物》、《野议》、《思怜诗》及《卮言》中的《论气》和《谈天》，共五种。
《论气》是探讨自然科学中的一些基本理论问题的著作。其中的《气声》篇专门讨论声学问题，包括影响声调的各种条件、声速、声音的传播媒介决定声强的因素等问题。他认为，声是气的运动，“两气相轧”或“以形破气”引起气动而成声，以不同的形式破气便产生不同的声音。声音的大小、强弱取决于形和气间冲击的强度。同时，他还指出声音传播的介质是空气（这时的欧洲学者们还在为声音的传播介质到底是空气还是其他什么微粒子而争吵不休），声音的传播有一定的速度，而其传播的方式就如同石头击水产生的水波那样向四周扩散。可见，他已经有了“声波”的初步理论概念。
成书于崇祯九年（1936）的《野议》可以看作是宋应星的又一具有代表性的著作。这是作者的一部政论集，计有《世运》、《进身》、《民财》、《士气》、《屯田》、《催科》、《军饷》、《练兵》、《学政》、《盐政》、《风俗》、《乱萌》十二篇，集中反映了作者的政治思想和经济思想。作者是想通过这本书来影响朝廷施行变革，以挽救晚期社会所面临的政治、经济、军事危机，使国家转危为安，由乱而涂。书中不少议论击中时弊、革新方案切实可行。
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