《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”。
世人有得雷斧、雷楔者，云雷神所坠，多于震雷之下得之，而未尝亲见。元丰中，予居随州(1)，夏月大雷震，一木折其下，乃得其一楔，信如所传。凡雷斧，多以铜铁为之，楔乃石耳，似斧而无孔。世传雷州多雷，有雷祠在焉，其间多雷斧、雷楔。按《图经》，雷州(2)境内有雷、擎二水，雷水贯城下，遂以名州。如此，则“雷”自是水名，言多雷乃妄也。然高州有电白(3)县，乃是邻境，又何谓也
(1)随州：今湖北随州市。
(2)雷州：今广东雷州市。
(3)电白：今属广东茂名市。
传闻世人有拾得雷斧、雷楔的，说是天上的雷神所遗落，多可在震雷之下的地面上拾到，而我未曾亲自见过。元丰年间，我在随州，夏天发生大雷震，下面一棵树被劈断，我也找到一件楔子，果然如世人所传。凡是雷斧，多用铜铁制造，而楔是石制的，像斧而没有孔。世传雷州多雷，那里建有雷祠，祠中就多有雷斧、雷楔。我翻查《图经》，雷州境内有雷、擎两条河，雷水经过城下，因此其地就因水名而叫雷州。如果这样的话，则这个“雷”自是水名，说雷州之名得自多雷乃是妄说。然而高州又有电白县，与雷州是邻境，这个“电白”又是什么意思呢？
治平(1)元年，常州(2)日禺时(3)，天有大声如雷，乃一大星，几(4)如月，见(5)于东南。少时(6)而又震一声，移著(7)西南。又一震而坠在宜兴(8)县民许氏园中。远近皆见，火光赫然照天，许氏藩篱皆为所焚。是时火息，视地中有一窍如杯大，极深。下(9)视之，星在其中，荧荧然。良久渐暗，尚热不可近。又久之，发(10)其窍，深三尺余，乃得一圆石，犹热，其大如拳，一头微锐，色如铁，重亦如之。州守郑伸得之，送润州金山寺，至今匣藏，游人到则发视。王无咎为之传甚详。