该书对沈括的活动轨迹进行概括总结，关注他对于“常”与“变”、“分”与“合”等辩证关系的理解与运用，关注其“造微之妙，间不容发，推此而求，自臻至理”的科学认识，积极探寻他在具体学科研究过程中的思维历程，对其著述和实践活动中渗透出来的科学思想，进行了细致考察和综合思考。同时，该书也介绍了沈括在考古、音乐、书画赏评、史学、文学等人文学科的杰出成就，并以“民本思想”为主线，从政治思想和经济思想两个方面，结合沈括在时代政局中的表现，分析了其人文思想的精华。

《梦溪笔谈》被誉为“中国科技史上的座标”，该书对其中闪耀着科学智慧光辉的记载予以较充分地阐释与展现；而对那些失实的，或者不符合科学规律，夹杂有封建性、神秘性成分的记载，也客观地进行辨析。作者指出，在众多科技成就中，隙积术、会圆术、格术、十二气历、将“飞鸟直达”测量法运用于制图、制作最早的立体地图模型、“石油”的命名、记录磁偏角等，属于沈括本人首创。对于龙卷风、海市蜃楼、潮汐、太行山与雁荡山特殊地貌、陨石、物候等的记载，则是沈括以科学家特有的敏锐目光所作的科学观察记录。沈括介绍他人创造的最典型事例，是对毕昇发明胶泥活字印刷的详细记载。活字印刷术在宋代被称为“沈存中法”“沈氏活板”，它虽然不是沈括的发明，却是通过沈括的总结与推广才得以播布流传。此外，对于现有沈括研究成果中，被不恰当地拔高或贬低的方面，该书也提出了自已的见解。这样，从数学、物理、化学，到天文气象、生物医药、工程技术，作者将沈括的科学技术成就清晰地呈现在读者面前。作者引用美国科学史家席文的话，指出“沈括本人并不是按照把中国科学的各个领域紧密联系起来的方式，而是按照把今天可以看作是科学的东西和大致可以称之为迷信的东西密切结合的方式，来综合自己对它们的理解。这个区别是理解沈括思想的关键”，从而揭示了沈括思想的内在矛盾性。