《崇祯历书》采用的是第谷（Tycho）体系。这个体系认为地球仍是太阳系的中心，日、月和诸恒星均作绕地运动。而五星则作绕日运动。这比传教士刚刚到达中国时由利玛窦所介绍的托勒玫（Pto1emy）体系稍有进步，但对当时西方已经出现的更为科学的哥白尼（Copernicus）体系，传教土则未予介绍。《崇祯历书》仍然用本轮、均轮等一套相互关联的圆运动来描述、计算日、月、五星的疾、迟、顺、逆、留、合等现象。对当时西方已有的更为先进的行星三大定律（开普勒三定律），传教士也未予介绍。尽管如此，按西法推算的日月食精确程度已较中国传统的《大统历》为高。此外《崇祯历书》还引入了大地为球形的思想、大地经纬度的计算及球面三角法，区别了太阳近（远）地点和冬（夏）至点的不同，采用了蒙气差修正数值。
数学
徐光启在数学方面的成就，概括地说，有三个方面，即一论述了中国数学在明代落后的原因；二论述了数学应用的广泛性；三翻译并出版了《几何原本》。中国古代数学源远流长，至汉代形成了以《九章算术》为代表的体系，至宋元时期达到发展的高峰，在高次方程和方程组的解法、一次同余式解法、高阶等差级数和高次内插法等方面都取得了辉煌的成就，较西方同类结果要早出数百年之久。但进入明朝以后，宋元数学的许多成果却几乎全都后继无人，逐渐衰废。对这种落后局面的形成原因，徐光启曾有十分精辟的分析。他说：“算术之学特废于近代数百年间耳。废之缘有二。其一为名理之儒土苴天下实事；其一为妖妄之术谬言数有神理，能知往藏来，靡所不效。卒于神者无一效，而实者亡一存，往昔圣人研以制世利用之大法，曾不能得之士大夫间，而术业政事，尽逊于古初远矣。”（“刻《同文算指》序”）“名理之儒土苴天下实事”，对宋元数学在明代的衰废原因，可谓一语道破。
徐光启在一次关于修改历法的疏奏中，详细论述了数学应用的广泛性。他一共提出了十个方面（“度数旁通十事”），即天文历法；水利工程；音律；兵器兵法及军事工程；会计理财；各种建筑工程；机械制造；舆地测量；医药；制造钟漏等计时器。除第9条可能还需进一步探讨之外，其他各条，可以说把数学应用的广泛性，讲述得十分完备。在300余年前，徐光启就能达到如此的认识，实属难能可贵。徐光启还曾建议开展这些方面的分科研究。如果每个学科都设置相应的机构，那将形成一个相当．可观的“科学院”。徐光启在数学方面的最大贡献当推《几何原本》的翻译。《几何原本》是古希腊数学家欧几里得（Euclid）在总结前人成果的基础上于公元前3世纪编成的。这部世界古代的数学名著，以严密的逻辑推理的形式，由公理、公设、定义出发，用一系列定理的方式，把初等几何学知识整理成一个完备的体系。《几何原本》经过历代数学家，特别是中世纪阿拉伯数学家们的注释，经阿拉伯数学家之手再传入欧洲，对文艺复兴以后近代科学的兴起，产生了很大的影响。许多学者认为《几何原本》所代表的逻辑推理方法，再加上科学实验，是世界近代科学产生和发展的重要前提。换言之，《几何原本》的近代意义不单单是数学方面的，更主要的乃是思想方法方面的。徐光启就正确的指出：“此书为益，能令学理者祛其浮气，练其精心，学事者资其定法，发其巧思，故举世无一人不当学。能精此书者，无一事不可精，好学此书者，无一事不可学。”《徐光启集·几何原本杂议》直到20世纪初，中国废科举、兴学校，以《几何原本》内容为主要内容的初等几何学方才成为中等学校必修科目，实现了300年前徐光启“无一人不当学”的预言。《几何原本》由公理、公设出发给出一整套定理体系的叙述方法，和中国古代数学著作的叙述方法相去甚远。徐光启作为首先接触到达一严密逻辑体系的人，却能对此提出较明确的认识。他说：“此书有四不必：不必疑、不必揣、不必试、不必改；有四不可得：欲脱之不可得，欲驳之不可得，欲减之不可得，欲前后更置之不可得。”他还说：“（此书）有三至、三能：似至晦，实至明，故能以其明明他物之至晦；似至繁，实至简，故能以其简简他物之至繁；似至难，实至易，故能以其易易他物之至难。”他最后说：“易生于简，简生于明，综其妙，在明而已。”徐光启提出《几何原本》的突出特点在于其体系的自明性。这种认识是十分深刻的。
农学
徐光启出身农家，自幼即对农事极为关心。他的家乡地处东南沿海，水灾和风灾频繁，这使他很早就对救灾救荒感兴趣，并且讲究排灌水利建设。步入仕途之后，又利用在家守制、赋闲等各种时间，在北京、天津和上海等地设置试验田，亲自进行各种农业技术实验。
徐光启一生关于农学方面的著作甚多，计有《农政全书》（大约完成于1525～1528年间，死后经陈子龙改编出版于1639年）、《甘薯疏》（1608年）、《农遗杂疏》（1612年，现传本已残）、《农书草稿》（又名《北耕录》）、《泰西水法》（与熊三拔共译，16l2年）等等。徐光启对农书的著述与他对天文历法的著述相比，从卷帙来看，数量虽不那样多，但花费时间之长、用功之勤，实皆有过之而无不及。其中，《农政全书》又堪称代表。此书是徐光启殁后，经陈子龙删改（大约删者十之三，增者十之二）后成书的。《农政全书》共分12门（农本、田制、农事、水利、农器、树艺、蚕桑、蚕桑广类、种植、收养、制造、荒政），60卷，70余万言。书中大部分篇幅，是分类引录了古代的有关农事的文献和明朝当时的文献；徐光启自己撰写的文字大约有6万字。正如陈子龙所说，《农政全书》是“杂采众家”又“兼出独见”的著作，而时人对徐氏自著的文字评价甚高：“人间或一引先生独得之言，则皆令人拍案叫绝。”（刘献廷《广阳杂记》）《农政全书》主要包括农政思想和农业技术两大方面，而农政思想约占全书一半以上的篇幅。徐光启的农政思想主要表现在以下几个方面：
（1）用垦荒和开发水利的方法来力图发展北方的农业生产。我国古代自魏晋以来，全国的政治中心常在北方而粮食的供给、农业的中心又常在南方，每年需耗资亿万来进行漕运，实现南粮北调。时至明末，漕运已成为政府较大的弊政之一。徐光启主张用发展北方农业生产的方法来解决这一问题（垦荒、水利、移民等）。与此同时，在《农政全书》中，徐光启也用了四卷的篇幅来讲述东南（尤指太湖）地区的水利、淤淀和湖垦。他还对棉花在东南地区的种植、推广进行了不少研究。备荒、救荒等荒政，是徐光启农政思想的又一重要内容。他提出了“预弭为上，有备为中，赈济为下”的以预防为主（即指“浚河筑堤、宽民力、祛民害”）的方针。
徐光启在农业技术方面，也有很多贡献：
一破除了中国古代农学中的“唯风土论”思想。“风”指的气候条件，“土”指土壤等地理条件，“唯风土论”主张：作物宜于在某地种植与否，一切决定于风土，而且一经判定则永世不变。徐光启举出不少例证，说明通过试验可以使过去被判为不适宜的作物得到推广种植。徐光启的有风土论但不唯风土论的思想，发展了中国古代农学的风土论思想，推进了农业技术的发展。
二进一步提高了南方的旱作技术，例如种麦避水湿、与蚕豆轮作等增产技术。他还指出了棉、豆、油菜等旱作技术的改进意见，特别是对长江三角洲地区棉田耕作管理技术，提出了“精拣核（选种）、早下种、深根短干、稀稞肥壅”的十四字诀。
三推广甘薯种植，总结栽培经验。
四总结蝗虫虫灾的发生规律和治蝗的方法。
军事技术
徐光启不仅是一位天文历算学家、农学家，同时也是一位军事家。在他幼年时期，其家乡一带屡遭倭寇蹂躏，因而从早年起即关心兵事。他在写给焦竑的一封信中说：“（光启）少尝感愤倭奴蹂践，梓里丘墟，因而诵读之暇稍习兵家言。时时窃念国势衰弱，十倍宋季，每为人言富强之术：富国必以本业，强国必以正兵。”（《徐光启集·复太史焦师座》）以农业为富国之本，以正兵为强国之本，徐光启正是基于这样的认识，一贯重视军事科学技术的研究。
早在刚刚被选考为翰林院庶吉士时，徐光启便在《拟上安边御虏疏》中提出了“设险阻、整车马、备器械、造将帅、练戎卒、严节制、信赏罚”，但他认为这些都不过是“世俗之常谈，国家之功令”。他这篇御敌疏的中心内容则是“于数者之中，更有两言焉。日求精，曰责实。……苟求其精，则远略巧心之士相于讲求，经岁而未尽；苟责其实，则忠公忧国之臣所为太息流涕者，十倍于贾谊而未已也”。“求精”和“责实”是徐光启军事思想的核心。徐光启还大力宣扬管仲“八无敌”（材料、工艺、武器、选兵、军队的政教素质、练兵、情报、指挥）和晁错的“四预敌”（器械不利、选兵不当、将不知兵、君不择将“。做到”八无敌“即可无敌于天下，如果是”四预敌“则兵无不败。据此他提出了”极求真材以备用“。”极造实用器械以备中外守战“，”极行选练精兵以保全胜“，”极造都城万年台（炮台）以为永永无虞之计“，”极遣使臣监护朝鲜以联外势“《徐光启集·辽左陷危已甚疏》。这些办法和措施，都是”八无敌“、”四预敌“思想与”求精“、”责实“精神相结合的产物。
在上述这些办法和措施中，徐光启尤其注重对士兵的选练，他提出了”选需实选，练需实练“的主张。万历四十八年（1620年）二月开始，徐光启受命在通州、昌平等地督练新军。在此期间他撰写了《选练百字诀》、《选练条格》、《练艺条格》、《束伍条格》、《形名条格》（列阵方法）、《火攻要略》（火炮要略）、《制火药法》等等。这些”条格“，实际上乃是徐光启撰写的各种条令和法典，也是我国近代较早的一批条令和法典。《选练百字诀》和《选练条格》等等，体现了徐光启”实选“、”实练“的责实精神。除此之外，徐光启还特别注重制器，非常关心武器的制造，尤其是火炮的制造。管状火器本是中国的发明创造，但时至明代末年。制造火器的技术已逐渐落后，由于边防的需要，急需引进火炮制造技术。为此，徐光启曾多方建议，不断上疏。徐光启还对火器在实践中的运用，对火器与城市防御，火器与攻城，火器与步、骑兵种的配合等各个方面部有所探求。实际上，徐光启可以称得上是中国军事技术史上提出火炮在战争中应用理论的第一个人。
万历四十六年（1618年）北方后金（即后来的清）军队进攻，边事紧急，经人介绍推荐，明廷召徐光启于病中。徐光启在写给焦竑的信中写道：“国无武备，为日久矣，一朝衅起，遂不可文。启才职事皆不宜兵戎之役，而义无坐视，以负国恩与师门之教”。他不但自己力疾赴命，同时还感召别人放弃安适生活，共赴国难。至天启三年（1621年）的三年多时间里，徐光启从事逃兵、练兵的工作。这时他虽已年近60，而保国守土的爱国忠心，昭昭可鉴，不让壮年。
万历四十七年（1619年），徐光启以詹事府少詹事兼河南道监察御史的新官衔督练新军。他主张“用兵之道，全在选练”，“选需实选，练需实练”。这期间他写了各种军事方面的奏疏、条令、阵法等等，后来大都由他自选编入《徐氏庖言》一书之中。但是由于财政拮据、议臣掣肘等原因，练兵计划并不顺利，徐光启也因操劳过度，于天启元年（1621年）三月上疏回天津“养病”，六月辽东兵败，又奉召入京，但终因制造兵器和练兵计划不能如愿，十二月再次辞归天津。不久，明朝廷由于魏忠贤阉党擅权专政，政局黑暗。为广树党羽，笼络人心，阉党曾拟委任徐光启为礼部右侍郎兼翰林院侍读学土协理詹事府事的官职，但徐光启不肯就任，引起阉党不满，被劾，皇帝命他“冠带闲住”，于是他回到上海（1624年）。在上海“闲住”期间，他进行《农政全书》的写作（1625年～1628年）。徐光启自编的军事论集《徐氏庖言》，也是此时刊刻出版的。天启五年（1625年）阉党弹劾徐光启练兵为“孟浪无对”、“骗官盗饷”、“误国欺君”等等，《徐氏庖言》的出版正是对这些不实之词的回答。
