进行观察、检验。朱熹曾详细地描述了自己设想的一种可以使人进入其中观看天象的庞大的浑天仪——“假天仪”。他设想设计一个球体类似天球，球体内部标上星辰位置，人进入球体内部，随着球体的转动人可以随之观察星辰。“极星出地之度，赵君云福州只廿四度，不知何故自福州至此已差四度，而自此至岳台，却只差八度也。子半之说尤可疑，岂非天旋地转，闽浙却是天地之中也耶？” 朱熹用浑仪观测过北极星的位置与地面所构成的夹角，并试图通过比较各地北极星的高度及其与地中岳台的关系以证明大地的运动，表明了他通过对照比较各地不同的观测数据而进行怀疑思考的科学精神。
据乐爱国先生的研究，朱熹的《北辰辨》是专门讨论天球北极星座的论文；在《尧典》注中，朱熹讨论了当时天文学的岁差、置闰法等概念；在《舜典》注中讨论了早期的浑天说、浑天仪的结构，并详细记录了当时的浑天仪结构。除此之外，朱熹对地质学化石、否认神创论、宇宙起源、地心说、大地自转、日食与月食、潮汐、雪花六角晶体形状、雨虹等的形成、地理对气候的影响、生物与人类起源、中医诊脉、农业生产结构、农作物布局及具体的生产技术等问题都有见解阐述。
朱熹的哲学体系中含有艺术美的理论。他认为美是给人以美感的形式和道德善的统一。基于美是外在形式的美和内在道德的善相统一的观点，认为文与质、文与道和谐统一。他对《诗经》与《楚辞》的研究，也经常表现出敏锐的审美洞察力。
朱子代表作有《菩萨蛮》、《水调歌头》、《南乡子》《忆秦娥》等。其中以《菩萨蛮》最有特色，该词运用回文，每两句互为颠倒，八句共四对，十分自然和谐，毫不牵强，而且颇有意境，构思之精巧极矣，足见晦庵对语言的驾驭能力。其词结有《晦庵词》。
除词外，还善作诗，《春日》和《观书有感》是他最脍炙人口的诗作。朱熹是刘子翚学生，他父亲朱松文才也很好。也许由于父、师的影响，他在道学中对文学的评价是比较公正的，也写出过一些富于生活气息的好诗。如这两首当然是说理之作，前一首以池塘要不断地有活水注入才能清澈，比喻思想要不断有所发展提高才能活跃，免得停滞和僵化。后一首写人的修养往往有一个由量变到质变的阶段。一旦水到渠成，自然表里澄澈，无拘无束，自由自在。这两首诗以鲜明的形象表达自己在学习中悟出的道理，即具有启发性，也并不缺乏诗味，所以陈衍评为“寓物说理而不腐”。
朱熹也善书法，名重一时。明陶宗仪《书史会要》云：“朱子继续道统、优入圣域，而于翰墨亦工。善行草，尤善大字，下笔即沉着典雅，虽片缣寸楮，人争珍秘。”
朱熹自幼跟随父亲朱松及武夷三先生刘子翚、刘勉之、胡审习字，尝学曹孟德书，后攻钟繇楷书及颜真卿行草，一生临池不辍，书法笔墨雄赡，超逸绝伦。自古以来，传世墨迹，虽是断简残编，都被奉如至宝加以珍藏。又因其思想学说从元代开始已成为中国官方哲学，不但深刻地影响了中国的传统思想文化，而且还远播海外，产生巨大的影响。他思想学说的盛名，把其书法艺术的光芒掩却了。朱熹善行、草，尤善大字，传世作品以行书简牍为主，大字墨迹很少。
