安排的，将与食衣有关的农业置于首，其次是有关工业，而以珠玉殿后，体现了作者重农、重工和注重实学的思想。
上卷六篇多与农业有关。《乃粒》主要论述稻、麦、黍、稷、粱、粟、麻、菽（豆）等粮食作物的种植、栽培技术及生产工具，包括各种水利灌溉机械，并对以江西为代表的江南水稻栽培技术详加介绍。《乃服》包括养蚕、缫丝、丝织、棉纺、麻纺及毛纺等生产技术，以及工具、设备，特别着重于浙江嘉兴、湖州地区养蚕的先进技术及丝纺、棉纺技术，并绘出大型提花机结构图。《彰施》介绍植物染料和染色技术，偏重靛蓝种植和蓝靛提取以及从红花提取染料的过程，还涉及诸色染料配色及媒染方法。《粹精》叙述稻、麦收割、脱粒及磨粉等农作物加工技术，偏重加工稻谷的风车、水碓、石碾、土砻、木砻及制面粉的磨、罗等。《作咸》论述海盐、池盐、井盐等盐产地及制盐技术，尤详于海盐及井盐。《甘嗜》叙述甘蔗种植、榨糖和制糖技术及工具，兼及蜂蜜及饴饧（麦芽糖）。每篇叙述均有主有次，选择重要产品为研究重点，突出介绍先进地区的生产技术。
中卷有七篇，多为手工业技术。《陶埏》叙述房屋建筑所用砖瓦及日常生活所用陶瓷器（尤其白瓷、青瓷）的制造及工具，着重江西景德镇生产民用白瓷的技术，从原料配制、造坯、过釉到入窑烧结，都予说明。《冶铸》是论述中国传统铸造技术最详细的记录，着重叙述铜钟、铁锅及铜钱铸造技术及设备，包括失蜡、实模及无模铸造三种基本方法。《舟车》专述有关交通工具。首先用数据标明各船舶和车辆结构构件及用材，还说明各种船、车驾驶方法，详于大运河上航行的运粮船“漕船”。《锤锻》系统论述铁器和铜器锻造工艺，从万斤大铁锚到纤细绣花针都在讨论范围之内，而各种生产工具如斧、凿、锄、锯等制造以及焊接、金属热处理等金属加工工艺亦曾论及。《燔石》涉及烧制石灰、采煤、烧制矾石、硫黄和砒石技术，对煤的分类、采掘、井下安全作业均有论述。《膏液》介绍十六种油料作物子实的产油率、油的性状、用途，以及用压榨法与水代法提制油脂的技术和工具，还谈及桕皮油制法及用桕油制蜡烛的技术。《杀青》论纸的种类、原料及用途，详细论述了造竹纸及皮纸的全套工艺技术和设备，所提供的生产操作图特别珍贵。
下卷有五篇，也属工业。《五金》论述金、银、铜、铁、锡、铅、锌等金属矿开采、洗选、冶炼和分离技术，还有灌钢、各种铜合金的冶炼，所附生产过程图十分难得。其中记载不少中国发明创造，如以煤炼铁、用活塞风箱鼓风、直接将生铁炒成熟铁、以生铁与熟铁合炼成钢等等。《佳兵》涉及弓箭、弩、干等冷武器及火药、火器的制造技术，包括火炮、地雷、水雷、鸟铳和万人敌（旋转型火箭弹）等武器。《丹青》主要叙述以松烟及油烟制墨及供作颜料用的银朱（硫化汞）的制造技术，产品用于文房。《曲蘖》记述酒母、药用神曲及丹曲（红曲）所用原料、配比、制造技术和产品用途，其中红曲具有特殊性能，是宋代之后才出现的新产品。《珠玉》则记述南海采珠、新疆和田地区采玉，还谈到井下采宝石的方法和加工技术，兼及玛瑙、水晶和琉璃。
全书除文字叙述之外，还附有一百二十三幅插图，配以说明，展示工农业各有关生产过程，生动而真实。书中绝大部分内容都是在南北各地实地调查的资料。
宋应星在叙述各生产过程的同时，还发展了“穷究试验”的研究方法。他对各种迷信神怪、荒诞旧说都有所批判，如对炼丹术的批判更为激烈，从而在科学技术领域内注入一种新的科学精神。这是《天工开物》一书的最大特色，使人们感到耳目一新。
《天工开物》的可贵之处，在于记述了工农业生产中许多先进的科技成果。书中用技术数据给以定量的描述，显露出先进的科学思想和理论阐述，注重引入理论概念，而非单纯技术描述。在农业方面，《乃粒》指出水稻育秧后三十天即拔起分栽，一亩秧田可移栽二十五亩，即秧田与本田之比为1∶25。又说旱稻食水三斗，晚稻食水五斗，失水即枯。这些技术数据对农业生产有指导作用，是育秧、插秧和灌溉的理论基础，在以前的农书中未曾提到过。还指出“土脉历时代而异，种性随水土而分”，因而论述了作物与环境的关系、外界环境变迁对作物物种变异的影响，提到通过人工选择可培育出抗旱的旱稻，并介绍以砒霜为农药拌种、以石灰中和酸性土壤等先进的技术成就。《甘嗜》介绍将水稻育秧法移植到甘蔗种植中，实行甘蔗移栽，是一种新技术。《粹精》所述江西水碓，以水力为能源，驱动水轮转动，通过立式主轴带动各机件，同时实现灌田、谷物脱粒及磨面粉三种机械功能，是十七世纪世界上先进的农用机械。《乃服》介绍蚕的变异现象，与十九世纪英国生物学家达尔文所述几乎相同。除此之外，还提出将一化性蚕与二化性蚕、黄茧蚕与白茧蚕人工杂交，可培育出具有双亲各自优点的杂种蚕；通过蚕浴、排除病蚕实现人工淘汰，可使健蚕顺利发育成长，这都符合科学原理。在工业方面，《五金》所