经济的繁荣催生了思想的活跃，嘉靖、万历以来，王阳明心学打破了程朱理学的思想禁锢，实学思潮渐渐兴起，徐光启、宋应星、方以智等一批读书人，不再满足于空谈性理，转而关注天文、数学、水利、军事等经世致用的学问。与此同时，西方传教士利玛窦、汤若望等人相继来华，带来了欧洲的天文、数学、机械与光学知识，西学东渐之风在江南士绅中悄然兴起。
正是在这样的时代氛围里，薄珏度过了他的少年时代。他出身贫寒，父母都是普通人家，却省吃俭用供他读书，希望他能科举入仕，改换门庭。薄珏自幼聪颖，读书过目不忘，可他对八股取士那一套始终提不起兴趣。别人抱着四书五经死记硬背，他却偷偷藏着《考工记》《武经总要》这类书，翻来覆去地读，还喜欢对着家里的农具、器具拆拆装装，琢磨其中的道理。
成年之后，薄珏也曾多次参加科举考试，却屡试不第。倒不是他才学不够，而是明末的科举早已僵化，考题全从四书五经里出，答题必须代圣人立言，容不得半点独立思考，像薄珏这样满脑子机械、天文的“异类”，根本不可能中举。几次落第之后，他又亲眼目睹了官场的种种腐败：地方官横征暴敛，只顾搜刮民脂民膏；朝中大臣党争不断，天天忙着互相倾轧，没人关心百姓死活，没人关心边疆战事。
心灰意冷之下，薄珏彻底放弃了科举之路。他对身边的人说：“如今流寇四起，边患不断，朝廷空养着百万文官，却无一人能救国。读死书、做昏官，于国于民何益？倒不如钻研实学，造利器、修器械，哪怕能守住一座城、护一方百姓，也不算虚度此生。”
自此之后，他便一头扎进了天文、数学与机械制造的世界里。薄珏做学问，最重实践，从不纸上谈兵。他在苏州城郊租了几间民房，改造成了自己的作坊与实验室，里面摆满了各式各样的工具：冶铸用的熔炉、风箱，木工用的刨子、凿子、曲尺，测量用的圭表、罗盘、标尺，还有他自己亲手打造的各种铜铁零件。别人读书是坐在书斋里摇头晃脑，他读书却是一边看一边动手做，书上说的原理，一定要亲手做出来验证，失败了就拆了重来，反复调试，直到完全符合标准为止。
当时很多读书人都看不起他，说他不务正业，搞些“奇技淫巧”。薄珏听了也不生气，只是淡淡一笑。在他心里，能解决实际问题的学问，才是真学问；能保家卫国的技术，才是真本事。
凭借着过人的天赋与日复一日的打磨，薄珏的机械制造技艺越来越精湛，很快就在江南一带闯出了名气。他最具代表性的成就，是铜炮铸造技术。
明代中后期，火器已经广泛应用于战争，从早期的佛郎机铳，到后来从西方引进的红夷大炮，种类不算少，但普遍存在几个问题：一是铸造工艺粗糙，炮管内壁厚薄不均，容易炸膛；二是瞄准全靠肉眼，距离稍远就打不准；三是炮身笨重，移动不便，调整角度困难。
薄珏造的铜炮，从根本上改进了这些缺陷。他采用苏州传统的失蜡法铸造工艺，先做精细的蜡模，再外敷泥范，高温浇铸，成型之后再用特制的工具反复打磨炮管内壁，确保光滑均匀，能承受更大的膛压，不仅射程更远，也更安全。更具开创性的是，他在每门铜炮的炮身上，都加装了一具自制的“千里镜”，也就是望远镜。炮手可以通过千里镜清晰地观察远处的目标，再配合炮身上的刻度，精准调整炮口的俯仰角度，大大提高了射击命中率。除此之外，他还设计了配套的四轮炮车，炮身可以在炮车上灵活转动、升降，既方便运输，又能快速调整射击方向。
这种带瞄准镜的铜炮，在当时的中国是独一份的，就算和欧洲同期的火炮相比，在设计理念上也毫不逊色。
除了铜炮，薄珏还发明和改进了许多军械与民用器械。比如他造的水车，采用了齿轮传动结构，效率比传统龙骨水车高出数倍，既能用于农田灌溉，也能安置在城墙上，战时用来输水灭火、补充城池水源。他改进的火铳，加长了铳管，优化了火药配比，射程和精度都远超普通鸟铳，还设计了可以连续射击的多管火铳雏形。
针对城防作战，他还研制了多种防御武器：地雷采用铸铁外壳，内装精制火药，有踏发、拉发两种触发方式，威力巨大，埋在地下神不知鬼不觉；地弩则是用发条蓄力的机械弩，一次能装填十几支弩箭，布置在城墙外的壕沟、暗堡里，敌人一旦触发机关，便会弩箭齐发，覆盖面极大。这些武器造价不高，却能极大提升守城部队的战斗力。
在钻研机械的同时，薄珏在天文、地理领域也有很深的造诣。他一生著述颇丰，留下了《素问天倾西北之妄辨》《浑天仪图说》《行海测天法》《天体无色辨》《天形北高南下辨》《荧惑守心论》《格物测地论》等多部著作，每一部都言之有物，充满了实证精神。
《素问天倾西北之妄辨》，是针对中国古代“天倾西北，地陷东南”的传统说法所作的辨析。自古以来，人们都以为天空是向西北方向倾斜的，所以日月星辰都往西落，大地向东南凹陷，所以江河都往东流。薄珏通过自己多年的天文观测和几何计算，明确指出这种说法是错误的。他解释说，天并没有倾斜，大地是球形的，人站在地面上，因为观测位置不同，看到的星空角度自然不同，所谓“天倾西北”，只是北半球的视觉错觉。
《浑天仪图说》则详细讲解了浑天仪的结构原理与制作方法。薄珏自己就亲手制造过浑天仪，用来观测天体运行，书中还配有详细的结构图，标注了各个部件的尺寸与功用。