北宋时期的沈括，是中国乃至世界古代史上少有的多才多艺的政治活动家和自然科学家。他的一生，一面积极地从事政治活动，一面精心地进行科学研究，在天文、数学、历法、地理、生物、物理、医学、史学、文学、音乐等各门学科上都卓有成就。
沈括能取得这么大的成就，跟他小时候刻苦自学是分不开的。由于沈括家里几代做官，藏书丰富，等到沈括能够读书认字时，书就成了他最密切的朋友。只要一有空闲，他就往书房里钻，忘记了吃饭，也忘记了睡觉。
数九寒天，书房里寒气逼人，冷得像个地窖，他也舍不得花点时间去叫人生个炉子烤火；三伏酷暑，房中密不透风，闷热得像个大蒸笼，他汗流浃背也不动一下扇子，照旧专心致志地读书。
母亲见了，非常心疼他，就叫他不要那么刻苦了，多出去玩玩。沈括说：“该玩的时候要玩，该学习的时候一定要学习；再说，学习对于我像是吃饭一样，是出于我内心的需要，所以我在任何时候都不会放松学习。”
沈括学习兴趣非常广泛，他不仅喜爱读文学书，而且天文、地理、史书、历书、医学等各类书籍都爱读。他读的书很多，也很杂。但他读书却并不迷信书本，他更善于独立思考和探索。由于小时候跟着在外做官的父亲走南闯北、到过各地旅游，因此小小年纪的沈括就见多识广。于是，他读书时就常常以自己的实际见闻来检验书上写的东西。
有一回，沈括发现东汉大经学家郑玄在注释一本经书时，把“车渠”解释成“车轮的外圈”，他当时就觉得这个注释不大恰当，可“车渠”到底是什么他也搞不清楚，这个疑问只好在心头搁下来。
几年后，沈括随同父亲来到东海之滨的一个地方赴任。刚下轿子，就听见街上有人在喊“卖车渠！车渠要么？”沈括一听到“车渠”两个字，顿时喜出望外。他顾不得帮父亲收拾行李，马上朝街上的叫卖声疾步而去，一边还急切地高声说道：“车渠呢，车渠在哪里？我要买车渠！”
不一会儿，一个渔夫打扮的小贩挑着两个渔筐过来。沈括探头朝渔筐里看了看，里面放着几个簸箕大的贝类动物，动物的壳呈青绿色，看上去似乎很坚硬。沈括不知道这动物叫什么，以前也从来没见过。因此他又问道：“车渠呢？我要买车渠！”
“客官是您要买车渠呀！这就是车渠，您难道不认得？”那小贩惊奇地说道。
“怎么，这个东西就是车渠呀！”沈括顿时恍然大悟，原来让他困惑好几年的“车渠”是一种贝类动物的名字，而不是什么车轮的外圈。因此，他断定郑玄的注释是错误的。
还有一次，他在陕西北部看到当地老乡们经常拿着罐子灌一种很像油的液体。这种液体慢慢地从地下冒出来，与沙石泉水混杂在一起。当地人就把这种像油一样飘在上面的液体撇出来，用它点灯照明，并且还用燃烧它所产生的烟灰制成墨来写字。
沈括对此非常好奇，就对这种液体进行了长期的研究，充分地了解了它的性能和各种用途。通过多次的实验，沈括还改进了提取的方法，并把它取名为“石油”，向当时社会上的人大力推广。“石油”这个名称还是沈括最早使用的呢！
沈括不但学识渊博，而且治学严谨。为了弄通一门科学，他往往要花费几年、十几年甚至几十年的时间。
有一次，为了观测北极星的正确位置，他竟一连几个月没有正经地睡过觉。每天吃过晚饭后，他就收拾好各种天文仪器和纸笔等工具，带着仆人爬到高高的露天楼台上，开始对着浑天仪的窥管观察北极星。
由于浑天仪的窥管不大，看起来很吃力。时间一长，不仅眼睛发酸发痛，就是连脖子也酸痛得难以支撑。每当这个时候，沈括总是扭动几下脖子，闭上眼睛养一会儿神，就又继续趴在窥管上一动不动地观察。同时，他每天晚上还要画几幅图，标明前半夜、半夜和后半夜北极星在天空的位置。
有时，仆人见沈括实在是困极了，就乘机劝说道：“老爷，您就进屋歇一会儿吧，千万别搞坏身体！”
“哦，不！”沈括用力地揉揉眼睛，抖擞一下精神说：“为了测得北极星的位置，我已经花了那么多时间和精力，可不能因为一时的贪睡而疏漏重要的信息。凡事只有持之以恒，才会有所成就啊！”
就这样，沈括足足花了好几个月时间，除了下雨天无法观察外，他每晚都坚持观察、画图。最后，他一共画了二百多幅图，终于计算出北极星实际上不在北极，是在离北极还有一度多的位置上，为天文学作出很大的贡献。
沈括绘制《守令图》(也叫《天下郡县图》)地图集，事迹更加动人。
1067年，沈括接受了编制《守令图》的任务。正当他兴致勃勃地准备动手时，由于在政治上受到小人的诬陷，触怒了皇帝，被贬了官。
沈括无处可去，只好住在湖北随县的一座庙里。这座古庙年久失修，香火也不旺，平日里冷清得很。由于没人专心管理，好多墙壁倒塌，剩下的也裂开很大的缝隙。屋顶上的瓦片残缺不全，常常是屋外下大雨，屋内下小雨。到了冬天，又冷又潮湿，人住在里面很不舒服。
然而，现实的一切艰难困苦都没有使沈括屈服，他依旧一心一意地修补没有画完的地图。当地的一些富裕人家听说沈括是一个大学者，都愿意出钱请沈括当老师，并邀请他住到他们的高楼大屋里去。可是，沈括丝毫不动心。
后来沈括遇到赦免，就移居到浙江。在旅途中，他实地考察了湖北、江西两省的部分地区，获得了修补地图的第一手资料，改正了旧地图上的错误。
1087年，经过20年的辛苦和努力，沈括终于完成了由20幅地图组成的《守令图》地图集，其中最大的一幅高1丈2尺、宽l丈。该书图幅之多，内容之详，在历史上也是罕见的。
沈括在他一生的最后几年中，仍旧砥砺斗志、奋笔疾书，写成名著《梦溪笔谈》。这本书谈了二百多条科学知识，包括天文、地理、物理、生物、医学等等许多方面的内容。因此，《梦溪笔谈》被人们认为是北宋科学史的资料库，对中国乃至世界的科技史都有重大的影响。
