徐霞客的游歷，并不是單純?yōu)榱藢て嬖L勝，更重要的是為了探索大自然的奧秘，尋找大自然的規(guī)律。他在山脈、水道、地質(zhì)和地貌等方面的調(diào)查和研究都取得了超越前人的成就。

徐霞客對(duì)許多河流的水道源進(jìn)行了探索，象廣西的左右江，湘江支流蕭、彬二水，云南南北二盤江以及長(zhǎng)江等等，其中以長(zhǎng)江最為深入。長(zhǎng)江的發(fā)源地在哪兒，很長(zhǎng)時(shí)間都是個(gè)謎。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的一部地理書《禹貢》，書中有“岷江導(dǎo)江”的說法，后來的書都沿用這一說。徐霞客對(duì)此產(chǎn)生了懷疑。

他帶著這個(gè)疑問“北歷三秦，南極五嶺，西出石門金沙”，查出金沙江發(fā)源于昆侖山南麓，比岷江長(zhǎng)一千多里，于是斷定金沙江才是長(zhǎng)江源頭。在他以后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)也沒有人找到，直到1978年，國(guó)家派出考察隊(duì)才確認(rèn)長(zhǎng)江的正源是唐古拉山的主峰格拉丹冬的沱沱河。

徐霞客還是世界上對(duì)石灰?guī)r地貌進(jìn)行科學(xué)考察的先驅(qū)。徐霞客在湖南、廣西、貴州和云南作了詳細(xì)的考察，對(duì)各地不同的石灰?guī)r地貌作了詳細(xì)的描述、記載和研究。他還考察了一百多個(gè)石灰?guī)r洞。他沒有任何儀器，全憑目測(cè)步量，但他的考察大都十分科學(xué)。如對(duì)桂林七星巖十五個(gè)洞口的記載，同今天地理研究人員的實(shí)地勘測(cè)，結(jié)果大體相符。

徐霞客去世后的一百多年，歐洲人才開始考察石灰?guī)r地貌，徐霞客稱得上是世界最早的石灰?guī)r地貌學(xué)者。他指出，巖洞是由于流水的侵蝕造成的，石鐘乳則是由于石灰?guī)r溶于水，從石灰?guī)r中滴下的水蒸發(fā)后，石灰?guī)r凝聚而成鐘乳石，呈現(xiàn)出各種奇妙的形狀。這些見解，大部分符合現(xiàn)代科學(xué)的原理。

徐霞客通過親身的考察，以無可辯駁的史實(shí)材料，論證了金沙江是長(zhǎng)江的正確的源頭，否定了被人們奉為經(jīng)典的《禹貢》中關(guān)于“岷山導(dǎo)江”的說法。同時(shí)，他還辨明了左江、右江、大盈江、瀾滄江等許多水道的源流，糾正了《大明一統(tǒng)志》中有關(guān)這些水道記載的混亂和錯(cuò)誤。

他認(rèn)真地觀察河水流經(jīng)地帶的地形情況，看到了水流對(duì)所經(jīng)地帶的侵蝕作用，并認(rèn)識(shí)到在河岸凹處的侵蝕作用特別厲害。他還注意到植物與環(huán)境的關(guān)系，觀察在不同的地形、氣溫、風(fēng)速條件下，植物生態(tài)和種屬的不同情況，認(rèn)識(shí)到地面高度和地球緯度對(duì)氣候和生態(tài)的影響。對(duì)溫泉、地下水等，徐霞客也都有一定的科學(xué)認(rèn)識(shí)。在徐霞客對(duì)地理學(xué)的一系列貢獻(xiàn)中，最突出的是他對(duì)石灰?guī)r地貌的考察。

他是中國(guó)，也是世界上最早對(duì)石灰?guī)r地貌進(jìn)行系統(tǒng)考察的地理學(xué)家。歐洲最早對(duì)石灰?guī)r地貌進(jìn)行廣泛考察和描述的是愛士培爾，時(shí)間是1774年；最早對(duì)石灰?guī)r地貌進(jìn)行系統(tǒng)分類的是羅曼，時(shí)間是1858年，都晚于徐霞客。

徐霞客在地理科學(xué)上的貢獻(xiàn)很多，對(duì)火山、溫泉等地?zé)岈F(xiàn)象也都有考察研究，對(duì)氣候的變化，對(duì)植物因地勢(shì)高度不同而變化等自然現(xiàn)象，都作了認(rèn)真的描述和考察。此外，他對(duì)農(nóng)業(yè)、手工業(yè)、交通的狀況，對(duì)各地的名勝古跡演變和少數(shù)民族的風(fēng)土人情，也都有生動(dòng)的描述和記載。

徐霞客不僅對(duì)地理學(xué)有重大貢獻(xiàn)，而且在文學(xué)領(lǐng)域中也有很深的造詣。他寫的游記，既是地理學(xué)上珍貴的文獻(xiàn)，又是筆法精湛的游記文學(xué)。他的游記，與他描繪的大自然一樣質(zhì)樸而綺麗，有人稱贊它是“世間真文字，大文字，奇文字”。