沈括在回答有關日、月、形、體及月為何有光的問題時，肯定地說，“日月之形如丸”,“月本無光”，“日耀之乃光耳”(《夢溪筆談》卷七)。同時他還指出，每逢月初，太陽在月旁邊，因此人們見到月亮的光明部分如同彎鉤；以後太陽離月亮漸漸地遠起來，太陽變成斜照月亮，因此看到月亮逐漸變成一個圓。 　　值得指出的是沈括第一次以一個圓球模型來演示月亮圓缺的道理：將該球的半個球面塗上銀粉，另半球是黑的。當人們正對塗銀粉的半球觀察時，光亮面正好是一個圓；當人們側視它時，光亮面就如同彎鉤。 　　中國人對雨虹的認識也有很長一段歷史。最初，人們觀察到雨虹現象，只能是粗淺地記述它的位置和形成的季節、條件。從唐代起，對虹的科學認識才有很大的進展。唐人孔穎達(公元574-648年)指出“若雲薄漏日，日照雨滴則虹生。” 　　沈括以自己親身對虹的觀察，不僅肯定前人的有關結論，而且指出，只有順著太陽照射的方向才能看見雨虹，如果對著烈日耀眼的太陽看，就什麼也看不到。(《夢溪筆談》卷廿一) 在西方，類似唐人對彩虹的觀察結論，要到十三世紀才見之於史籍，比中國人大約晚了六百餘年。 　　在沈括以前，民間曾流傳一種謬說：塔影倒立是因為大海翻騰的緣故。這裡的“塔影倒立”是指通過窗隙小孔的寺塔影子。沈括對此科學地解釋說：鷹在空中飛翔，它的影子隨鷹而移動，如果在鷹與影子之間有一小窗孔，那麼光線穿過小孔時，影子的移動與鷹的飛行方向相反。即鷹往東飛，影子往西移；鷹往西飛，影子往東移。寺塔通過窗孔的影子，是倒立的，其道理與此相同，也與凹面鏡成像的道理相同，這些都是自然界常見的現象。 　　沈括汲取前人的光學知識，對“紅光驗屍”的方法也有研究。當法官在判斷死者屬他殺，並在死者身上尋找証據時，他殺的痕跡並非一目了然。 　　沈括記載了某些知縣的斷案經驗：先以酒糟液(類似酒精的功用)或草木灰水擦洗死者皮膚，然後將屍體放於陽光照射的紅色雨傘下，死者被鞭苔的痕跡歷歷可見。 　　從光學的角度看，這種方法所以能見死者傷痕，是因為紅雨傘起了濾光片作用。太陽光透過紅雨傘後，只剩紅光，其餘色光均被雨傘過濾，於是傷痕的青紫色在紅光照射下，就更容易被看出來。