在科举盛行的明代，很难想象会有人耗时写一部与“功名进取毫不相关”的书。宋应星为何要写这本《天工开物》呢？从他的自序中我们知道，在当时的社会环境中，存在“枣梨之花未赏，而臆度‘楚萍’；釜鬵之范鲜经，而侈谈‘莒鼎’；画工好图鬼魅而恶犬马”的现象，而《天工开物》正是为解决以上问题而写。日益僵化的科考形式让人深陷于八股文而忽略现实生活，懂得识字却不知经文中提到的诸如“楚萍”“莒鼎”为何貌，甚至对日常生活中的“枣梨之花”也不够了解，遑论被读书人所鄙薄的日常手艺。而在绘画界，对神仙鬼怪素材的偏好又远离现实生活。当时的文本、画作虽来自现实，但只知道读书画画的人实则是脱离现实生活，浮于生活之上。除此之外，想要将诸多工艺通过文本的形式保存下来，也是宋应星的一大希冀——“事物而既万矣，必待口授目成而后识之，其与几何？”
“天工人其代之”（《尚书·皋陶谟》），“开物成务”（《易·系辞》），所谓“天工开物”，也就是将天覆地载的资源与人为加工相辅相成，形成对社会生活各方面有益的技术。在数以万计的技术中，宋应星本着“贵五谷而贱金玉”的原则，将《乃粒》置于开篇，《珠玉》为末，介绍了稼穑、制衣、制糖、造车、酿酒，乃至煤石烧制、军工业制造等十数种技术。全书分为上中下三卷，共18篇附图123幅。就本书体例而言，图文并茂的形式实则扩大了书籍受众，知识阶层大可以将《天工开物》结合经史注疏加以理解，对于文化较浅之人而言，也可以将阅读的重点放在图画，以实现对技术的掌握。
不过，成书并不意味着得以传播，仍需要刊刻或抄写出来才能面向社会。而当时的宋应星只是分宜县教谕，俸禄微薄，任职期间还有诸如《画音归正》《原耗》《野议》《思怜诗》《巵言十种》多部书籍等待刊刻或书写，并无财力和精力负担起刊刻。幸运的是，年少时的挚友、时任河南信阳兵备道的涂绍煃慷慨解囊，《天工开物》于崇祯十年（1637）在南昌府得以首次刊刻，后人称此本为“涂本”。此版至今仍有流存，虽然有校订不精的情况，但基本保留了宋应星文字稿及手绘插图的面貌，极具价值。
宋应星虽被李约瑟称为“中国狄德罗”，《天工开物》在现代研究中也常被定义为“17世纪中国科技百科全书”，纳入科技史研究，不过在当时，这部书应当主要是作民间日用百科之用，此外，也展现出明末生活的图景。
明末的江南地区，百业蓬勃、欣欣向荣。一般认为，明代中后期的币制实际上采用的是银本位制，辅以铜币、纸币等其他货币。《五金》一篇详细记载了银、铜等金属的开采情况：“凡银，中国所出：浙江、福建……江西饶、信、瑞三郡……”，说明直到天启、崇祯年间，国内仍然有银矿在大量开采。甚至远至彩云之南的边疆，宋应星都有详细的记载：“云南银矿，楚雄、永昌、大理为最盛，曲靖、姚安次之，镇源又次之。”其实自明初开始，金银都是禁止作为货币流通的，但大量开采的白银及其保值的特点，使得白银成为主要的货币，以至于张居正改革中的“一条鞭法”，就是要求税收以白银为主。
明末商品经济之广泛与发达，其规模、范围可能会超出很多人想象。《陶埏》篇中讲述景德镇的瓷器贸易“日本国极珍重，真者不惜千金”，其生产也逐渐规模化、中心化：“万室之国，日勤千人而不足，民用亦繁矣哉”。同样的情况也出现在纺织业中，《乃服》篇中有详尽记载，当时全国“织机十室必有”。织机的广泛应用，又会产生“棉布寸土皆有”的盛况。《乃服》中记载的诸如印花、丝质、桑植等方面的新技术，正是伴随着纺织业的兴盛和需求的膨胀而产生的。事实上，此时纺织业的重要性还远不止此，它更体现出了生产的商业化。许多家室的织机实际上已经不是单纯的自给自足，而是作为商品的生产基地，甚至产生了主业耕种、副业纺织的家庭式作坊。
军事工业是后世对于明末误解较多的一个方面。明军与后金军、农民军作战，似乎互有胜败，在诸多影视作品中，很多明末士兵也都是大刀长矛，似乎军事工业并不发达。然而我们透过《佳兵》一篇，可以一窥明代发达的军事、火器工业和时人丰富的想象力。
首先是原材料，在《佳兵》中按用途分为毒火、神火、法火、烂火、喷火几种。其中最天马行空的就是毒火，也就是普通火药掺杂了砒霜、硇砂、金属锈及粪便等，有毒且异味甚重。另外，还有专门用来劫营的劫营火，是用桐油、松香制成，考虑到劫营需要的是持续的破坏力，劫营火虽无太大的爆炸威力，却能持久燃烧，对军营及相关后勤设施、物资破坏极大。明末普通火药的爆炸威力也十分惊人，“其出也，人物膺之，魂散惊而魄齑粉”。
火器的种类和制作就更加五花八门。威力较大的如红夷炮，原产于荷兰，后来明军可以仿制，主要用于守城，威力甚大，“膺其锋者为齑粉”，其后坐力大到使用时必须抵住墙体，也仍旧会“墙崩者其常”。为了减少己方伤亡，明末已经有了地雷，用竹管穿通引线，引爆后冲开泥土爆炸杀伤敌人。将类似的原理转移到水中，就产生了水雷，时称“混江龙”，就是将火药装在皮囊中，用漆密封，沉在水中，岸上牵绳勾连雷体，只要敌船碰到机关，就会引爆水雷，“敌舟行过，遇之则败”。《佳兵》中最奇特的火器就是“万人敌”，是一种滚地旋转式的炸弹，使用灵活，不受环境限制，可以添加毒火、神火。使用时，点燃引信用手投掷出去，火药力就会冲出，弹体八方旋转，对敌人造成大量杀伤。
涂本《天工开物》大将军炮
三眼铳
实际使用中，这些火器确实发挥了重要的作用。明军三大营中的“神机营”，就是以火器部队为主，是明军的一大主力。“混江龙”“大将军炮”等火器在万历抗日援朝战争中大放异彩，成为了平壤之战、露梁海战中重要的制胜法宝。宁远战役中，袁崇焕以寡敌众，最终成功守住宁远城，红夷炮就是主要功臣。明末战斗力最强的“关宁铁骑”，就是以“三眼铳”为主要的兵器。可见明末的军事工业已经相当发达且极具想象力。至于最终王朝覆灭，则不是单纯靠先进技术所能挽回的。
在序末，宋应星强调“丐大业文人”可将此书弃掷案头，不过今天看来，难说谁真正成了大业呢。