《梦溪笔谈》包括《笔谈》、《补笔谈》、《续笔谈》三部分。《笔谈》二十六卷，分为十七门，依次为“故事、辩证、乐律、象数、人事、官政、机智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议”。《补笔谈》三卷，包括上述内容中十一门。《续笔谈》一卷，不分门。全书共六百零九条（不同版本稍有出入），内容涉及天文、数学、物理、化学、生物、地质、地理、气象、医药、农学、工程技术、文学、史事、音乐和美术等。在这些条目中，属于人文科学例如人类学、考古学、语言学、音乐等方面的，约占全部条目的18%；属于自然科学方面的，约占总数的36%，其余的则为人事资料、军事、法律及杂闻轶事等约占全书的46%。
就性质而言，《梦溪笔谈》属于笔记类。从内容上说，它以多于三分之一的篇幅记述并阐发自然科学知识，这在笔记类著述中是少见的。因为沈括本人具有很高的科学素养，他所记述的科技知识，也就具有极高价值，基本上反映了北宋的科学发展水平和他自己的研究心得，因而被英国学者李约瑟誉为“中国科学史上的里程碑”，还称誉沈括为“中国整部科学史中最卓越的人物”。
《梦溪笔谈》详细记载了劳动人民在科学技术方面的卓越贡献和他自己的研究成果，反映了我国古代特别是北宋时期自然科学达到的辉煌成就。《宋史·沈括传》作者称沈括“博学善文，于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算无所不通，皆有所论著”。英国科学史家李约瑟评价《梦溪笔谈》为“中国科学史上的里程碑”。
1979年7月1日为了纪念他，中国科学院紫金山天文台将该台在1964年发现的一颗小行星2027命名为沈括。简而言之沈括的《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，百科全书式的著作。