徐光启的科学成就可以分为天文历法、数学、农学、军事等方面：
1．天文历法
徐光启在天文学上的成就主要是主持历法的修订和《崇祯历书》的编译。
编制历法，在中国古代乃是关系到“授民以时”的大事，为历代王朝所重视。 由于中国古代数学历来重视实际计算并以此见长，历来重视和历法编制之间的关系，因此与世界上其他国家和地区相比，中国古代历法准确的程度是比较高的。但是到了明末，却明显地呈现出落后的状态。一方面是由于西欧的天文学此时有了飞速的进步，另方面则是明王朝长期执行不准私习天文，严禁民间研制历法政策的结果。明沈德符《万历野获编》所说“国初学天文有历禁，习历者遣戍，造历者殊死”，指的就是此事。
2.数学
徐光启在数学方面的成就，概括地说，有三个方面，即(1)论述了中国数学在明代落后的原因；(2)论述了数学应用的广泛性；(3)翻译并出版了《几何原本》。
中国古代数学源远流长，至汉代形成了以《九章算术》为代表的体系，至宋元时期达到发展的高峰，在高次方程和方程组的解法、一次同余式解法、高阶等差级数和高次内插法等方面都取得了辉煌的成就，较西方同类结果要早出数百年之久。但进入明朝以后，宋元数学的许多成果却几乎全都后继无人，逐渐衰废。对这种落后局面的形成原因，徐光启曾有十分精辟的分析。他说：“算术之学特废于近代数百年间耳。废之缘有二。其一为名理之儒士苴天下实事；其一为妖妄之术谬言数有神理，能知往藏来，靡所不效。卒于神者无一效，而实者亡一存，往昔圣人研以制世利用之大法，曾不能得之士大夫间，而术业政事，尽逊于古初远矣。”(“刻《同文算指》序”)
3．农学
徐光启出身农家，自幼即对农事极为关心。他的家乡地处东南沿海，水灾和风灾频繁，这使他很早就对救灾救荒感兴趣，并且讲究排灌水利建设。步入仕途之后，又利用在家守制、赋闲等各种时间，在北京、天津和上海等地设置试验田，亲自进行各种农业技术实验。
徐光启一生关于农学方面的著作甚多，计有《农政全书》(大约完成于1525—1528年间，死后经陈子龙改编出版于1639年)、《甘薯疏》(1608)、《农遗杂疏》(1612，现传本已残)、《农书草稿》(又名《北耕录》)、《泰西水法》(与熊三拔共译，16l2)等等。徐光启对农书的著述与他对天文历法的著述相比，从卷帙来看，数量虽不那样多，但花费时间之长、用功之勤，实皆有过之而无不及。
其中，《农政全书》又堪称代表。此书是徐光启殁后，经陈子龙删改(大约删者十之三，增者十之二)后成书的。《农政全书》共分12门(农本、田制、农事、水利、农器、树艺、蚕桑、蚕桑广类、种植、收养、制造、荒政)，60卷，70余万言。书中大部分篇幅，是分类引录了古代的有关农事的文献和明朝当时的文献；徐光启自己撰写的文字大约有6万字。正如陈子龙所说，《农政全书》是“杂采众家”又“兼出独见”的著作，而时人对徐氏自著的文字评价甚高：“人间或一引先生独得之言，则皆令人拍案叫绝。”(刘献廷《广阳杂记》)
(4)总结蝗虫虫灾的发生规律和治蝗的方法。
4．军事技术
徐光启不仅是一位天文历算学家、农学家，同时也是一位军事家。在他幼年时期，其家乡一带屡遭倭寇蹂躏，因而从早年起即关心兵事。他在写给焦竑的一封信中说：“(光启)少尝感愤倭奴蹂践，梓里丘墟，因而诵读之暇稍习兵家言。时时窃念国势衰弱，十倍宋季，每为人言富强之术：富国必以本业，强国必以正兵。”(《徐光启集·复太史焦师座》)以农业为富国之本，以正兵为强国之本，徐光启正是基于这样的认识，一贯重视军事科学技术的研究。
早在刚刚被选考为翰林院庶吉士时，徐光启便在《拟上安边御虏疏》中提出了“设险阻、整车马、备器械、造将帅、练戎卒、严节制、信赏罚”，但他认为这些都不过是“世俗之常谈，国家之功令”。他这篇御敌疏的中心内容则是“于数者之中，更有两言焉。日求精，曰责实。……苟求其精，则远略巧心之士相于讲求，经岁而未尽；苟责其实，则忠公忧国之臣所为太息流涕者，十倍于贾谊而未已也”。“求精”和“责实”是徐光启军事思想的核心。
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