宋神宗元豐五年(1082)八月，西夏發兵20萬攻破宋軍新筑的永樂城(今陝西米脂西北)。時任延州長官的沈括，因「始議城永樂，既又措置應敵俱乖方」，被責授均州團練副使，隨州(今湖北隨縣)安置。這個處罰實際上結束了沈括的政治生涯，對於他本人來說或許是個不幸，但是對於中國文化而言卻是不幸中的大幸。因為至此以後，沈括不用再花費大的氣力去處理那些紛繁複雜的政事，而是集中精力從事自己喜愛的學術研究，把平生所學所見所聞的淵博知識，用筆記錄下來，於是就有了中國文化史上不朽的科學巨著《夢溪筆談》。
《夢溪筆談》最初只稱作「筆談」，沈括在自序中說：「予退處林下，深居絕過從。思平日與客言者，時紀一事於筆，則若有所晤言，蕭然移日。所與談者，唯筆硯而已，謂之《筆談》。」後人之所以稱之為《夢溪筆談》，與這部著作的成書背景和沈括的晚年生活分不開。相傳沈括三十餘歲時「嘗夢至一處，登一小山，花如覆錦，而喬木蔽其上，山之下有水澄澈，夢中樂之，將謀居焉」。此後又常常夢至其處，熙寧十年(1077)，沈括赴宣州(今安徽宣城)任職，有道人對沈括說，潤州山川之勝，且雲郡人有地求售，沈括遂以錢三萬緡購入。十餘年後，他奉詔北行途經潤州，「至所買之地，恍然乃夢中所游，因號夢溪」(《京口耆舊傳》卷一)，後來他攜全家遷往潤州「夢溪」園，在這裡一住就是八年，過著世外桃園般的生活，直至生命的最後一刻。後人把沈括在夢溪園整理、修訂、補充的《筆談》，冠以「夢溪」二字，可以說是對他最好的紀念。
《夢溪筆談》
沈括出身於一個很有知識教養的家庭，父親瀋周在宋真宗朝進士及第，瀋氏家族一向有收藏文物書畫、收集醫方的傳統。而他的母親許氏是北宋前期著名戰略家、軍事家許洞的妹妹，「讀書知大意，其兄所為文轍能成誦。」沈括幼年所受教育都是母親「自教」。良好的家庭教育和收藏傳統，培育了沈括探究自然與社會的強烈興趣和好奇心。宋仁宗嘉祐八年(1063)，沈括進士及第，其後積極投身於王安石變法，主持和參與整頓司天監，「始置渾儀、景表、五壺浮漏，招衛樸造新歷，募天下上太史佔書，雜用士人，分方技科為五，後皆施用」，疏濬汴河、察訪兩浙地區農田水利、改革鹽法和鈔法、出使遼國、經略陝右。豐富的社會實踐，為沈括的科學研究提供了源源不斷的養料。
沈括生活的時代正值北宋經濟文化走向繁榮，學風發生巨變的歷史時期。在經學或哲學思想方面，宋儒以義理之學對漢唐章句之學進行了一場具有思想解放意義的革新，開創了兩漢以來中國學術史上罕見的活躍氣氛；同時，宋儒還直面內憂外患的政治現實，把學術探索同社會實踐結合起來，力圖在社會改革中展現經世濟用之學。在這種學風的帶動下，「窮理盡性」，探索事物的本源，成為當時社會的新風尚，沈括正是在這種學風熏陶下脫穎而出的。當然更為重要的是，與絕大多數士人把關注焦點主要集中在儒家經典，而往往輕賤被視作「鵰蟲小技」的各類技藝不同，沈括注重「窮理盡性」、探索事物的本源。這種把探索大自然奧秘兼學「百工其業至微」與學習儒家經典放在同等重要的位置上，是他之所以成為一代偉大的科學家至關重要的因素。
沈括一生著述多達40餘種，而《夢溪筆談》是他最重要的著作，傾注了他一生對科學文化孜孜以求的心血。《夢溪筆談》中記載的奇聞異事甚多，是沈括對大自然的奧秘，始終懷有強烈興趣的最好反映，儘管許多奇聞異事沈括也不能給以解釋，但由於他的記載，遂成為後世科學研究的有用資料。
《夢溪筆談》一問世，就受到時人及後世人的極大關注。人們稱讚沈括「學問最為博洽」；「博聞強記，一時罕有其匹。所作筆談，於天文、算數、音律、醫卜之術，皆能發明考證，洞悉源流」。不僅如此，沈括在許多方面都有自己的創見。他首次詳細描述了羅盤針，記錄磁偏角的存在；最早製造立體地圖的模型；他還首次研究延安地下類似竹筍的化石，並作出「曠古以前，地卑氣濕而宜竹」的科學推斷；又根據太行山斷崖石壁上密嵌著螺蚌殼和鵝卵石等遺蹟，推斷太行山地區的海陸變遷。「石油」這個名詞最初也是沈括開始使用的，並預言「此物後必大行於世，自予始為之」。在數學方面，他首創的隙積術和會圓術，提出了高階級差求數和公式及求弧長的近似公式，等等。尤其難能可貴的是他摒棄傳統的社會偏見，總結和記錄來自社會下層的「布衣」和工匠們的發明創造，如畢升發明的泥活字印刷術，就是有賴於《夢溪筆談》的記錄和總結，才得以推廣和流傳。他還簡要介紹了著名建築「匠師」喻浩所著的現早已失傳的《木經》一書的內容，並對喻浩的工程設計作了科學闡明。《夢溪筆談》的寫作風格亦體現了「凝重不佻」的特點，因此從文學的角度來看，它又不失為一部言簡意賅、文筆生動的散文集。
沈括不僅在數學、物理、化學、天文學、氣象學、地質學、醫藥學、農林學等科學技術上取得非凡成就，而且在金石學的開拓、音樂(燕樂)研究、書畫收藏和鑑賞等人文學科上亦有突出貢獻。四庫館臣稱他的文章「學有根柢，所作亦宏贍淹雅，具有典則，其四六、表、啟，尤凝重不佻，有古作者之遺範」。為了紀念這位「中國整部科學史上最卓越的人物」(李約瑟語)，1979年7月1日，中國科學院紫金山天文臺將該臺發現的一顆小行星(編號2027)命名為「沈括」。
