沈括不以史学名家，但也曾写有《春秋机括》《左氏记传》等历史著作，两书现在都已失传，只有残存的《乙卯人国奏请》《入国别录》，保存着宋辽交涉一段实录，是至今流传的历史著作。此外还有《梦溪笔谈》，内容多载当世掌故，也是一本历史资料的汇辑。沈括这部著作，虽不以历史为名，但却采取了严谨的史法。他主张要认真鉴别史料，一则说“天下地书，皆不可坚信”。再则说“小说所记，各得于一时见闻，本末不相知，率多舛误”。他对司马迁是很推崇的，认为“凡《史记》次序说论，皆有所指，不徒为之”。这样他的主张，前者说明选择史料的重要性，后者说明研究历史必须和实际联系，真是一时的卓见。同时沈括的著作，它的历史价值也就可知了。
《梦溪笔谈》的特点之一，就是它有丰富的科技知识，虽不是一本完整的系统历史，实际上却是我国的科学技术史总汇。此外关于李顺农民起义军的记载，可以从《太宗实录》张舜卿奏事的内容，得到证实。又如对于典章制度、财政经济政策、民族关系等部分，书里面都占了充分的篇幅。研究北宋历史的，固然在所必读，就是研究唐代历史的，也有参考的必要。典章制度的叙述，是《笔谈》内容重点之一。被编人“故事”一栏的，内容有官制、礼制、舆服、仪卫、文牍、掌故等等，包罗很广，多半追溯至唐代。所记录的材料，有许多可以根据正史或其他书籍证实：如驾头、扇篦等皇帝仪仗，都见于《宋史·仪卫志》，章悖改行翰林学士见丞相礼节，则见于《宋史·职官志》和《续资治通鉴长编》。诸如此类，数目还多。换句话说，沈括因为参加过典礼、法令的编修工作，所记的制度都有结实的根据，可靠性是很大的。
也有一些材料，不见于别的记载，或即使见于他书而详略不同，可以互相补充，互相参证。如唐代宣召学士礼仪，是翰林院重大典故，《唐书·百官志》《唐会要》等书都没有很好注意，唯独沈括在《笔谈》一书里作了详细的叙述。幞头是宋人通常所穿戴，《宋史·舆服志》只记了它的演变、形式和制造原料；沈括更说明幞头分五等，和穿戴者的不同身份。枢密院公文用“宣”和“头子”的起源，沈括和宋敏求都进行过研究，一载于《梦溪笔谈》，一载于《春明退朝录》，两者可以互相参证，并对《宋史》可作补充。经略使是地方的大员，《宋史·职官志》着重记述沿革，沈括却阐明了职权和统属关系；同条说他自任郎延经略使，却是《宋史》本传中所不载。其余如三馆（昭文馆、史馆、集贤院）职事可称学士，被宋吴曾的《能改斋漫录》所征引；宋代开始用长人做殿门文武官，被清俞樾的《茶香室三钞》所征引；宋代校书官不认真任事，被清编《历代职官表》所征引。这些事实说明《笔谈》所记，确有许多值得珍贵的资料。
其中又有若干能够纠正史志谬误的。例如首条提到他所编著的《南郊式》，《宋史·艺文志》却说是王安石所著，是史志明显的错误。《宋史·舆服志》记载，士人普遍穿着紫衫、凉衫，以及三省、枢密院改用银印，都是在南渡以后事，不知沈括著作《笔谈》时代，已自如此。在硫酸铜溶液中取铜的技术，曾被宋人用在造币上，《宋史·食货志》将这件事系在1143年（绍兴十三年）后，似乎这种方法南宋时才开始；但是《笔谈》首先记载了烹胆矾成铜和熬胆矾的铁釜，日子长久也化成铜的事实，知道北宋时便是这样。
在财政经济史方面，因为沈括亲自参加了变法运动，又曾做过权三司使，从事管理财政工作，得见政府所藏档案图籍，所以留下可靠资料很多。在《笔谈》里，他评介了一些有名的理财措施，如刘晏的均输法、范祥的盐钞法、茶的三说法、本朝茶法等等，使我们能正确了解它的详细内容。同时，他又记录了北宋时一些财经数字，如盐课、茶利、铸钱额、岁运上供米、吏禄支出等等，提供了重要的经济史参考资料。又如所载秦、汉度量衡制，唐、五代的钱陌法等，同样地有很大参考价值。记载水利的发展，所占篇幅也特多。《万春圩田图记》叙述圩田历史，可以上溯到南唐以前。真州水闸的建筑，提高了淮南漕运率数倍。昆山至和塘和长堤的修建，改善了水利灌溉的状况，免去了人民跋涉的劳苦。这些重要史实，都是《宋史》所未载。此外沈括自己在三司所执行的政策，都详记在他的《自志》里面，成为历史家的主要根据。
《宋史》记载民族关系，偏重以汉族为主体，对于各族本身的发展多半语焉不详。沈括的著作虽还不能解决这个问题，但因他出使过辽朝，镇守过西北边疆，所见所闻既广，留下的记录也就增多。而且私人著作，取材和官书往往不同，能够补充正史缺略的很多，并很有可信的价值。我国历史上“回回”名称的由来，从现存的文献记载看来，以《梦溪笔谈》出现最早。这对我国维吾尔族历史的研究，提供了必要的线索。又他所记西夏史事，得之于自己亲见亲闻，其中有许多是《宋史·夏国传》所失载。例如关于元昊之死，沈括说是元吴的儿子宁令受，接受母亲的指使，入室向元昊行刺，因伤致死。这事可用王称《东都事略》作印证，补充《宋史·夏国传》的缺略。不过宁令受《东都事略》作宁令哥，但据《宋史》宁令哥是谅祚小字，似乎应以沈说为是。至于发动这次宫廷阴谋的原因，沈括认为因元昊另纳新后，生子谅柞为元昊之所偏爱，似较王称说因元吴新后没移氏起先想纳为宁令妻，为更近情理。此外，《笔谈》有关谅祚后梁氏事迹，多半是《宋史》所未收。梁氏当权和沈括在陕西恰巧同时，其中围攻顺宁寨一条，更是他亲身的阅历，这部分的史料价值是很高的。
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