逆流而上宋仁宗天圣九年（1031年），在杭州钱塘（今浙江杭州）一个地方官吏的家里，一个小男孩呱呱坠地了，这个小男孩便是日后大名鼎鼎的沈括。
沈括的父亲沈周，常年在外地做官，家里就只得由他的妻子许氏支撑。 沈括的母亲是苏州人，出身书香门第，为人知书达理，贤慧慈爱。 小沈括自幼就喜学好问，母亲便成了他的启蒙老师。 小沈括最爱听妈妈讲故事，比如民间传说中的嫦娥奔月，夸父追日，牛郎织女……妈妈的姑苏乡音是那么柔和温婉，讲起故事来更是娓娓动听，小沈括常常偎依在妈妈的怀里，仰望当空的一轮皓月，津津有味地听妈妈讲那些动人的故事。
小沈括稍大一点，许氏便翻检出自己儿时读的《千字文》《诗经》《论语》《春秋》……让儿子诵读，她不时从旁指点、讲解，小沈括见到这些书，真是开心极了，他游弋在知识的海洋里，感到新鲜、兴奋，因为父母亲都出身在书香门第，各类图书自然很多，无论文献典籍，还是野史闲书，都让小沈括爱不释手。 在这些书籍中，他尤其喜欢读天文、地理、医药、兵法方面的。
读过了东汉王充的《论衡》，沈括明白了天地是“含气之自然”，而并非神仙世界；天文学家张衡的《东京赋》《西京赋》，文采飞扬、气势豪壮，令沈括钦羡不已；沈括更爱读张衡的天文著作《灵宪》，文章里讲解日月星辰，天地宇宙的奥秘，这让小沈括心驰神往、茅塞顿开，母亲解答不了的许多问题，小沈括在这里都一一找到了答案。 正是由于这些天文书籍，不仅让儿时的沈括勤奋好学，养成爱读书的习惯，还培养了他遇到问题肯动脑筋，实事求是，尊重科学的好品格。
父亲远离家门，常年在外地做官，凡是留下父亲足迹的地方，母亲都会逐一从父亲留下的一份份地图里辨认出来，母亲想让沈括通过这些地图，知道各地的名胜古迹、风土民俗，以便吸引小沈括在地理书中寻觅更多的知识。 小沈括深深地喜欢上了这些地图，他憧憬着，盼望着自己赶快长，长大了好跟随父亲到各地去，去看一看神州的大好河山。
沈括的父亲沈周自幼丧父，对子女分外爱怜。 沈括的姐姐，一个早逝，一个出嫁，只有沈括和他的哥哥沈披留在身边。 但是沈周长年做官在外，小儿子呱呱坠地时他已53岁，老来得子，更是疼爱非常。 沈括十岁那年，沈周任泉州（今福建泉州）长官刺史。 沈周上任时，便带着沈括兄弟俩一同来到了泉州。
泉州是宋代海外贸易的大商埠，商贾云集，港湾洋面千帆竞发，处处呈现出一派繁荣的景象。 但是，每到黄昏的时候，城门就会紧闭，街头巷尾看不到一个人影。 沈周很诧异。 一打听，原来是沈周的历届前任一直在泉州实行宵禁造成的。 据说宵禁是为了防止海盗劫掠、盗匪偷抢。 沈周赴任后，作为泉州的最高长官，他了解到长期以来宵禁不仅影响了经济的兴盛，还给百姓带来了诸多不便。 在他做了一番调查后，就立即宣布取消宵禁，同时加强治安防范。 全城居民个个拍手称好，而盗贼也一直未敢侵扰，泉州城从此日夜治安稳定、百业兴旺。
在泉州，父亲送兄弟俩进了私塾。 有一日，老师在课堂上给同学们朗读白居易的一首诗词，“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”。 老师读完之后，少年的沈括眉头上凝成了一个结。 当时，正是四月暮春天气，庭院中的桃花纷纷谢落，已是“绿肥红瘦”，这使得小沈括百思不得其解，于是就请教老师说道：“人间四月芳菲尽，为什么山寺桃花才开始盛开，这不是很矛盾吗？”“这个……下课！”老师道。 下课后，这个问题一直旋绕在小沈括的心头。 同学们见小沈括在思考，也一起讨论起来。 这个说：“人间桃花谢了，而山寺里面的桃花正盛开，那是因为山里住的是神仙。 ”其中一个小孩反驳道：“山里住着神仙，应该也是人间啊！”大家一时议论纷纷，可最终还是找不到满意的答案，“算了，我们还是亲自到山里看看吧。 ”小沈括说道。 第二天，小沈括约了几个小伙伴上山实地考察一番，四月的山上，乍暖还寒，凉风袭来，冻得人瑟瑟发抖，沈括顿时茅塞顿开，原来山上的温度比山下要低很多，因此花季才来得比山下来得晚呀，温度不同，植物生长的情况也就不同，白居易写的没错儿！
沈括不仅自己喜欢观察事物，实事求是，也对能够细心观察的人大为赞赏。 欧阳修曾经得到过一幅古画，花中有一丛牡丹，其下一猫。 欧阳修虽是文学家，但是对于绘画的精妙却不太在行。 正巧，他的亲家丞相吴育却懂得欣赏。 他就告诉欧阳修说：“此正午牡丹也”，然后说出了一番道理：从牡丹花的颜色、猫眼的瞳孔以及花房收敛等方面道来，入情入理。 沈括对此事评价甚高，他赞叹说道：“此亦善求古人心意者”。
沈括的细心观察也体现在他对诗词的见解上。 崔护的《题城南诗》，在宋代所传两个版本，第三句有不同。 这个不同，据唐代传奇中说，崔护当时写的是“人面不知何处去”，但觉得意犹未尽，且用语不够工整，就改成了“人面只今何处在”，所以在宋代流传着两个版本。 沈括认为，“唐人工诗，大致多如此，今虽有两个‘今’字，不是很恰当，我觉得只是取语意而已”。 当内容和形式有冲突时，当以内容为主，所以就是在短短的绝句中，出现了两个“今”，但为了更好的表达，也不觉得有什么不妥。 沈括为此发出感叹：“所谓旬锻月炼者，诚然不是虚说。 ”
这让沈括想起了他在经过磁州的时候亲眼看到了钢铁的锻炼过程：选取精铁锻打百余次，每次锻打都要称量；每次锻打以后分量都要少一些，直到多次锻打以后分量再不减少，这就是纯钢了——也就是钢铁的精纯部分。 诗人炼字用词也是这样的道理，用“锻炼”来说明诗人寻章摘句过程的艰苦与精炼，一点也不为过，这样我们才能理解苦吟诗人贾岛为了一个字一个词捻断几根胡须的事情了！沈括对王安石用宋王籍诗句“鸟鸣山更幽”对古人诗句“风定花犹落”也很赞叹。 这个对句静中有动，动中有静，动静相生，更增加了动感和厚度，比原来的“蝉噪林欲静，鸟鸣山更幽”要好得多，就是增加了层次感，同时也增强了真实感。
他随父亲居住在福建泉州时，就听说江西铅山县有一泓泉水不是甜的，而是苦的，当地村民将苦泉放在锅中煎熬，苦泉熬干后就得到了黄灿灿的铜。 他对这一传说很感兴趣，于是就不远千里来到铅山县，看到了村民“胆水炼铜”的过程，并把它记录下来。 这是我国有关“胆水炼铜”的最早记载，历史的发展证明他的记载是正确而可靠的。 原来在铅山县有几道溪水不是清的，而是呈青绿色，味道是苦的，当地村民称为“胆水”，“胆水”就是亚硫酸铜溶液。 村民将“胆水”放在铁锅中煎熬，就生成了“胆凡”。 “胆凡”就是亚硫酸铜，亚硫酸铜在铁锅中煎熬，与铁产生了化学反应，就析出了铜。
由于历史的局限，沈括还不能明确地揭示“胆水化铜”的化学原理，但已经阐述了“胆水炼铜”的全过程，同时也记录了在铅山周围有一个规模不小的铜矿。 他的记载有巨大的经济价值，沿着铅山县的胆水往北寻找，在贵溪县果然找到了巨大的铜矿，这座铜矿就是现在江西铜业公司的开采地。 如今江西铜业公司的电解铜已经达到年产九十万吨，产量在国内居第一位，在世界居第三位，江西铜业的发展，常使后人想起沈括有关“胆水炼铜”的记载。
沈括很有环保观念，很早就指出不得随便砍伐树木。 有一次，沈括在书中读到“高奴县有洧水，可燃”这句话，他不解洧水为何物，又为什么会燃烧？后来，他特地对书中所讲的内容进行实地考察。 考察中，沈括发现了一种褐色液体，当地人叫它“石漆”或“石脂”，用它烧火做饭，点灯和取暖，这才恍然大悟。 沈括经过反复研究，认为洧水这名字不切合实际，强调是水，可实际上却是油，因此他给这种液体取了一个新名字，叫“石油”，这是伟大的创意。 “石油”这个名字有科学性，容易为人接受，一直被沿用到今天。 他当时就想到要用石油代替松木来作燃料，因为他认为不到必要的时候决不能随意砍伐树木，尤其是古林，更不能破坏！
发现了“石油”后，沈括就开始琢磨，这东西“燃之如麻，但烟甚浓，所沾帷幕皆黑”，石油一燃烧起来就有浓烟，他盯在烟上，烟能不能变为宝呢？扫下烟来，他想制成墨，一试，果然效果不错，黑光如漆，松墨不如。 这在当时可是好东西，所以进行大量生产，还取名“延川石液”，在当时产生了轰动。
我国最早记述石油与石油开采的记载也来自于沈括在晚年创作的著作——《梦溪笔谈》。 那是北宋元丰三年（1080年），沈括五十岁，出任陕西延安府太守，在西北前线对抗强敌西夏的入侵。 他在紧张的军旅生活中，仍不忘考察民间开采石油的过程，在《梦溪笔谈》中他记录了石油的存在状态与开采过程。 他在书中写道：
“在鄜州、延州境内有一种石油，就是过去说的高奴县脂水，脂水就是石油。
石油产生在水边，与砂石和泉水相混杂，时断时续地流出来。 当地居民用野鸡尾毛将其沾取上来，采集到瓦罐里。 这种油很像清漆，燃起来像火炬，冒着很浓的烟，帐幕沾上了油烟都变成了黑色。 我猜测这种烟可以利用，于是试着扫上它的烟煤用来做成墨，墨的光泽像黑漆，即使是松墨也比不上它。 于是就大量制造它，给它标上文字，叫做‘延川石液’。 这种墨以后一定会广泛流行在世上，只是从我开始做它罢了。 ”
根据现有的史料，他是第一个使用石油的人，他将石油燃烧后产生的烟尘制成了墨，他还写过一首《延州诗》，描述了延州开采石油形成烟尘滚滚的盛景：“二郎山下雪纷纷，旋卓穹庐学塞人。 化尽素衣冬未老，石烟多似洛阳尘。 ”
沈括所记载的“延州石油”如今已形成我国著名的长庆油田，累计探明油气地质储量54188.8万吨，年产量达到了2000万吨，约占全国的十分之一，长庆油田已是我国重要的能源基地之一。
