郭守敬主要贡献在水利、仪象和历算三个领域。在水利方面，郭守敬设计兴修了以通惠河水利工程为代表的一系列大型水利工程。这些水利工程设计的科学合理性、施工的复杂性均建立在郭守敬实地勘测、科学规划的基础之上，对于农田灌溉和南北漕运发挥了巨大的作用。他在水利实践中，总结出了一些科学概念和方法。他在世界测量史上首次运用“海拔”概念，比德国数学家高斯提出的海拔概念早了560年。在仪象方面，他在主持大都天文台工作期间，设计研制出简仪、圭表、候极仪、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、曰月食仪以及星晷定时仪等天文仪器。其中简仪是最早制成的大赤道仪，比丹麦天文学家第谷制成的同类仪器早了310年。仰仪是世界上第一架太阳投影的观测仪。在历算方面，他主持修订了《授时历》。按照《授时历》，一年的长度是365.2425天，仅与真实数值相差26秒，3300多年才有一天的误差，和我们现在使用的日历在精确度上基本一致。另外值得一提的是，为了修订精确的《授时历》，郭守敬组织了规模空前的全国范围内的天文测量工作，无论是从测点的数量，还是从分布的范围上，都远远超过了唐代的僧一行。