《天工開物》的價值在於它描述了工農業生產中許多先進的科技成果。該書以技術數據進行量化描述，揭示先進的科學思想和理論解釋，註重介紹理論概念而非純粹的技術描述。在農業上，奈裏指出，水稻應在育秧後30天拔起播種，壹畝水田可移栽25畝，即水田與本田之比為1: 25。也有人說，旱稻吃三桶水，晚稻吃五桶水。如果它失去水分，就會幹涸。這些技術數據對農業生產有指導作用，是育苗、移栽、灌溉的理論依據，這些在以前的農業書籍中從未提及。
《天工開物》也在壹定程度上體現了西學，比如“凡用焊鐵之法，西方各國有不同的神藥。中國小焊用的是白銅粉，大焊盡量用錘子結合，時間久了就不結實了。所以有些大炮是西方鍛造的，中國只是靠冶煉鑄造。”
天宮吳凱的“物種發展與變異理論”比德國卡弗·沃爾夫的“種源理論”早100多年。“動物雜交培育優良品種”比法國比爾·西比西亞的理論早200多年。煤礦開采的瓦斯抽排、巷道支護、化學變化也比當時的外國科學先進得多。尤其是“骨灰蘸苗根”、“種以水土分”等研究成果，更是農業史上的重要突破。
《天宮吳凱》詳細描述了家蠶新品種的培育:黃繭蠶與白繭蠶雜交培育棕繭蠶，“早雄”與“晚雌”雜交培育“良種”，比法國同類記載早200多年。
在硬件方面，宋是世界上第壹個對鋅和銅鋅合金(黃銅)進行科學論述的科學家。他明確指出鋅是壹種新金屬，並首次記錄了它的冶煉方法。這是中國古代金屬冶煉史上的重要成就之壹，使中國成為世界上唯壹能長期大規模煉鋅的國家。宋用鋅代替鋅化合物(爐甘石)提煉黃銅的方法，是人類歷史上最早的銅鋅直接熔化獲得黃銅的記載。得出煉鐵與炸鐵爐串聯使用，可將生鐵直接炸制成熟鐵，具有現代冶金技術的重要特征。這種方法在17世紀的歐洲是沒有的。
《天工開物》記載了農民培育水稻、大麥新品種的案例，研究了土壤、氣候、栽培方式對作物品種變化的影響，並記下了不同品種的蠶蛾雜交產生的變異，說明通過人類的努力，可以改變動植物的品種特性，得出了“土脈隨時變，物種以水土分”的科學見解，推進了我國古代科學家對生態變異的認識，是人為工作的壹步。
《天工開物》中描述的活塞噴砂技術比歐洲的皮包噴砂設備更先進。特殊的化學熱處理工藝和銅合金、發聲器成型、鐵錨鍛造、鋼針拉絲、“生鐵淋浴”等金屬復合材料也是最早的明確記載。在現代，它的基本原則仍然適用。
在機械動力學方面，《天工開物》記錄了中國在機械動力方面的諸多發明創造，比如紡織布料用的提花機，這在當時的外國是沒有的。《精華》介紹了中國漢代發明的水錘裝置，將動力機、傳動機和工作機連接在壹起，比英國試用壹臺水車帶動雙盤磨早1000多年。《制鹽》中的鉆井技術比俄國的鉆井技術早300多年。天工開物主要植根於中國固有的文化傳統。天道造化是從“天工取其位”、“造化成事”出發，體現了樸素的唯物主義自然觀，不同於當時占據正統地位的理學。這種異端思潮反映了壹種新的社會現象和時代取向。但個人思想可以與主流不同，但不能脫離時代。在古代，農業總是最重要的，所以宋的文章也處處反映了重糧輕金重玉的思想。
中國科技史專家潘繼興在壹篇對宋的評論中提到，《天工左賢》和《論吳聲》都說“天有五氣，故有五行”，火、水、土、金、水五行由相應之氣而生，這不是萬物最原始的起源。對五行或五氣逐壹分析後，認為火、水、氣更為基本。宋在分析了火、水、土、的關系及其過渡層次，即解決了“氣亦形”的物質過渡層次與“形”的物質過渡層次之間的關系和過渡之後，進壹步闡述了萬物生成論。造物主閆濤指出:“水火是吉，土是和。在壹個有幾千個房間的國家裏，每天有幾千個人在勤奮，民用也是復雜的。”這意味著粘土通過火和水的相互作用燒結成陶瓷，供日常使用。
潘繼興認為，宋論述了生命和自然萬物的生成機制，將生物分為植物和動物兩大類。在生物由低到高的發展序列中，植物是植被的屬。他把動物分為蟲、魚、鳥、鹿，最後是“萬物之靈”。他認為動物是由植物進化生成的，植物是由無機物進化生成的。歸根結底，它們是通過火、水和土木工程的相互作用而產生的。宋寫道:“齊催壹粒從地。小的種子是樹冠，大的種子是蓋牛的樹。這個紋路原來的幾何形狀是怎樣的？其余皆氣化。”植被靠水、土、火(可燃有機肥)生長。宋《天工開物》中描寫的各種植物的種植，如水稻、小麥、大麻、豆類、桑樹、棉花、葛藤、草藥染料、油料、甘蔗、竹子、構樹和各種樹木都是基於這壹原則。他更詳細地描述了這些植物通過火、水、木的相互作用，被制成植物油、糖、服裝、染料、紙張、車船等產品，以及木材、榨油機、糖車、紡織機、各種農具、炊具等工具和日用品。糧食種植雖然主要靠水、土、金木，但沒有火與怒的配合是不夠的，在這裏表現為陽光的形式。沒有陽光(陽，內熱)和持續的雨水(陰，水汽)，就會減產。至於糧食加工和食品制造，離開金木沒有水、火和水是不可能的。由於五氣的相互作用，產生了各種植物及其加工品，它們和無機世界的萬物壹樣，都是供人們日常使用的，歸根結底是由元氣→形、氣→形的物質層面產生的。
潘繼興在《宋傳》中認為，宋在《天工開物》中詳細描述了用動物系統制作各種產品的技術。按照他的哲學觀點，動物界雖然屬於比植物界更高級的發展階段，但其物質起源仍然是從元氣、形氣、形草木等物質層面逐步生成和演變的，雖然他沒有告訴我們完成這些過渡需要多長時間。在討論動物、植物、礦物的物質統壹性時，他也談到了物質世界多樣性的原因。
潘繼興在《宋傳》中認為，火、水、土、的相互作用千變萬化，所以產生了很多東西。正如宋在《天工開物》中所說，許多自然物經過人工作用，產生了無數自然界本身所沒有的東西。用他的話說就是“不是人工，就是天成”(《制鹽》)。
潘繼興在《宋述評》中提到，在談到物質世界事物的多樣性時，宋在《天工開物序》中寫道:“天之壓倒，物之數以萬計，正因之，物之不遺。這也是人力。“大意是說，地球之間，萬物千奇百怪，通過各種變化，形成壹個完美的世界，這對於人類來說，大概是不完全可能的。他提出的“變化無窮”的哲學命題，現在可以理解為有限元素原子在其無限組合中形成的物質世界的多樣性。現代物質結構理論也證明了物質的概念是正確的，因為宇宙萬物最終都是由原子構成的。
潘繼興認為，宋在發展萬物生成與進化的自然哲學時，將自己的哲學與科學技術緊密結合，並以《天工開物》中描述的30個技術過程為例來佐證和闡釋其哲學思想。這不僅是中國歷史上其他哲學家做不到的，就連李時珍這樣的大科學家也做不到。他在闡述從最根本的生命力逐漸過渡到無機世界和有生命的自然界時，為我們提供了壹幅萬物生成和進化的圖景。基本過渡層次為:生命力→水火→土壤→金木→無生命→植被(生物學)→動物(高等生物學)。最關鍵的壹步是從無生命到生物的轉變。《天工開物》是中國封建社會科學活躍時期最輝煌的代表作之壹。它既是對古代科學傳統的有效繼承，又與各種具有啟蒙意義的反權威意識、實學意識、民生意識密切相關。
自宋明以來，資本主義生產關系稀疏地存在著，發展很弱。社會存在對社會意識起著決定性的作用，新的社會現實重新喚起了人們對自然、社會和人生的興趣。
從空談到實踐，是當時有識之士的反思，這股思潮開始在思維方式上散發出現代氣息。日本科學史家三治尹波認為《天工吳凱》不僅是中國的，也是整個東亞的代表性技術書，涵蓋了歐洲技術書無法比擬的廣泛技術範疇，稱之為“中國的代表性技術書”。
日文翻譯稱天宮吳凱為“中國科技的百科全書”。日本學者評價說:“作為壹部展望中國科技在歷史長河中發展全貌的書，沒有比它更合適的了。”
《天工開物》被歐洲學者稱為“17世紀工藝美術百科全書”。
法蘭西學院的漢學家斯塔尼斯拉斯·朱利安稱這本書為“技術百科全書”，並將“天工開物”解釋為“對自然和人類技能奇妙功能的闡述”。
英國科學歷史學家李約瑟博士稱《天工開物》為“中國的阿格裏科拉”和“中國的狄德羅”，並稱《天工開物》為“17世紀初重要的工業和技術作品”。日本學者郭內卿也認為宋的書可以媲美18世紀法國啟蒙學者狄德羅主編的百科全書。