她颇有文才，也懂绘画，诗词朴实无华、感情真挚、“俱有奇杰之气，不类女流”，文章“皆质实说理，为不藻采”。她十几岁时还师从蒙古人学习骑射和武艺，“跨马横戟，往来如飞，发必中的”。
王贞仪用屋顶横梁上悬挂的水晶灯当做太阳、小圆桌当做地球、圆形的镜子当作月亮。根据天文学原理，她一边移动这三个物体，一边不断地观察它们的相对位置和造成的现象，终于弄清了日月食的原理。她还写了《月食解》一文，精确地阐释了月食发生的时间、食分深浅等知识，语言浅显直白，还有配图。
我们生活的地球是一个球体，为什么我们会观察到天圆地方的现象，而生活在边缘的人为什么不会摔倒呢？对于这个问题，王贞仪提出了独特的观点：人们生活在地球上，每个人都以自己所在的地方为参考，看到远处的人和事物都是倾斜的，但是远处的人们实际上并没有受到影响，这不就是因为每个人的头顶都是天空，脚下都是大地吗？她正确地认识到在宇宙空间中，并没有上下、正斜的严格区分，人们之间的位置都是相对的。跳出地球，以宇宙宏观和微观相结合来理解“天圆地方”，这在全世界都是独一无二的。
王贞仪在《地圆论》中,从六方面批驳流传了数千年的天圆地方之说,广泛应用天文、地理术语宣扬地圆观念。她在《地圆论》中揭示了“相对空间位置的概念”,即宇宙没有上、下、正、反之分。这种认识比起天圆地方说先进得多。
《岁轮定于地心论》一文纠正自古以来认为天经地义的“地心说”。《经星辨》《日月五星随天左旋论》等文章,对恒星数字、日月五星的移动方向等都作了论述。她对当时的疑难问题加以阐述、论证并进行浅近的解释,对于纠正流传的错误说法、宣传普及天文科学知识,确实有不可估量的作用,同时对天文学的研究提出了自己的见解。
岁差是什么？我们现在都知道，地球是一个椭球体，因此，其它天体对地球的引力作用并不是均匀的，结果是地轴会在漫长的时间中不断改变它在空间的指向。岁差造成的现象有：春分点沿黄道西移、回归年短于恒星年、“北极星”发生改变等。我们所知道的黄道12宫变成13宫的现象也是由于岁差引起的。
在《岁差日至辨疑》一文中,王贞仪概括了从虞喜到郭守敬的各种天文学说,又印证了回历、西历和近代历书,明确指出从天周来说是恒星东移,从岁周来说是节气西移,批驳了当时所谓“天渐差而西,岁渐差而东”的误解说,并确定“大抵不过六七十年始差一度”的说法,这基本接近实际情况。她在论文中纠正了历元和历法的概念,认为历元是指通过观测日月恒星和五星而找到的造历起算点,而历法是指推算的方法,其中包括算术、图像和测验之器,因此历代的改历造历是改历元而不是改历法。
