宋应星是世界上第一个科学地论述锌和铜锌合金（黄铜）的科学家。他明确指出，锌是一种新金属，并且首次记载了它的冶炼方法。这是我国古代金属冶炼史上的重要成就之一。使中国在很长一段时间里成为世界上唯一能大规模炼锌的国家。宋应星记载的用金属锌代替锌化合物（炉甘石）炼制黄铜的方法，是人类历史上用铜和锌两种金属直接熔融而得黄铜的最早记录。
宋应星注意从一般现象中发现本质，在自然科学理论上也取得了一些成就。分别体现在生物学、化学和物理学方面。
他在《天工开物》中记录了农民培育水稻、大麦新品种的事例，研究了土壤、气候、栽培方法对作物品种变化的影响，又注意到不同品种蚕蛾杂交引起变异的情况，说明通过人为的努力，可以改变动植物的品种特性，得出了“土脉历时代而异，种性随水土而分”的科学见解，把我国古代科学家关于生态变异的认识推进了一步，为人工培育新品种提出了理论根据。
生命运动以极其纷繁的形式呈现在人类面前，众多物种是怎样产生的曾长期困绕着人们的思绪。宋应星在这个问题的认识上向科学迈出了一大步。他在谈到土坡、气候、魏培方法对农作物品种变化的影响时说:“凡稻旬日失水，则死期至，幻出早稻一种，筱而不粘者，即高山可插，又一异也。”在述及蚕种的培育时指出:“若将白雄配黄雌，则其用变成揭茧。”“今寒家有将早雄配晚雌者，幻出嘉种，一异也”。在这里，宋应星愧出了物种变异的重要科学思想。尤其值得指出的是，宋应星所记载的物种变异，有如起因于坏境的变化;有的起因于不同品种的杂交，涉及到了对物种变异的更深刻的理解。从这种意义上讲，宋应星是当之无愧的生物进化论的先驱者之一。无怪乎英国著名生物学家、进化枪思想的集大成者达尔文把《天工开物》中的有关论述作为他论证物种变异、进化的重要例证。
在物理学方面，新发现的佚著《论气·气声》篇是论述声学的杰出篇章。宋应星通过对各种声音的具体分析，研究了声音的发生
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