洪武十五年(1382年)九月，明太祖召见武英殿大学士吴伯宗和马沙亦黑等，命他们翻译回回天文书。十六年二月，《天文书》由马哈麻译出，吴伯宗在《译序》中写道：爰自洪武初大将平元都，收其图籍经传子史，凡若干万卷，悉上进京师，藏之书府，万机之暇，即召儒臣进讲，以资治道。其间西域书数十百册，言殊字异，无能知者。十五年秋九月癸亥，上御奉天门，召翰林臣李翀、臣吴伯宗而谕之曰：“……迩来西域阴阳家，推测天象至为精密有验，其纬度之法又中国之书所未备，此其有关于天人甚大。……”遂召钦天监臣海达尔，臣阿答兀丁，回回太师臣马沙亦黑、马哈麻，咸至于庭，出所藏书，择其言天文、阴阳、历象者，次第译之。且命之曰：“尔西域人，素习本音，兼通华语，其口以授儒；尔儒译其义，辑成文焉。惟直述，毋藻绘，毋忽。”（《明译天文书》，《涵芬楼秘籍》第三集。）
《天文书》是波斯天文学家阔识牙尔(971～1029年)的星占书。通过汉译，第一次将西方的星等概念和二十个西方星座名称介绍到中国，书中载有三十颗恒星的星等和黄经黄纬。
《回回历法》于洪武十八年由马沙亦黑编译完成。《回回历法》的编译工作具有重大的意义。在此之前，虽有元代耶律楚材据回回历法编成《麻答把历》，但仅见其名，不见其实；至元四年(1267年)札马鲁丁引进《万年历》但流传时间很短。元时民间穆斯林所用之《回回历》，内容十分简略，是供宗教活动所使用的。所以马沙亦黑所译之《回回历法》实际上是将伊斯兰天文学着作第一次系统地介绍到中国。它依据阿拉伯天文学的传统计算方法，利用马沙亦黑等在南京天文台实测的数据和前人积累的资料编译而成，因而十分精确。成化十三年(1477年)，钦天监副贝琳重新修订《回回历法》，定名《七政推步》(七卷)刊印出版。《七政推步》补充了许多新内容，如七曜和十二月名的本音名号、日五星中行、太阳太阴经度等十份立成表，刊载了第一份包含有277颗恒星的中西星名对照表，同时载有星等和黄经黄纬，十三幅黄道坐标的星图。
明朝颁行的《大统历法》是根据元郭守敬所修《授时历》稍加改造而成的，由于年久失修，在日月食预报等方面往往失验。马沙亦黑等编译出《回回历法》后，填补了中国传统天文学和《大统历》的不足，故《崇祯历书》指出：至若岁差环转，岁实参差，天有纬度，地有经度，列宿有本行，月五星有本轮，日月有真会似会，皆古来所未闻，惟西国之历有之。而舍此数法，则交食凌犯，绝无密合之理。高皇帝尝命史臣吴伯宗与西域马沙亦黑翻译历书，盖以此也。（《四库全书》改由《新法算书》。）
(二)造船术
我国古代的造船术一直居于世界最先进的地位。秦汉时已有木帆船，唐代已建造万石巨舶，宋代年造船达三千余艘，元代来华的阿拉伯旅行家伊本·白图泰说，印度和中国之间的海上交通掌控在中国人手中，中国海船“大船有十帆至少是三帆，每一大船役使千人：其中海员六百，战士四百，包括弓箭射手和持盾战士以及发射石油弹战士，随从每一大船有小船三艘”（《伊本·白图泰游记》，马金鹏译，银川：宁夏人民出版社，1985年，第490页。）明初的造船术是中国千百年来造船技术的继承和发展。
明成祖永乐三年(1405年)至明宣宗宣德八年(1433年)的28年之间，着名航海家郑和率领庞大船队七下西洋，访问亚非三十余国，在我国航海史上写下了光辉的篇章。
郑和受命下西洋后，除研究船队所经海岛、山川水势、水文气象、东西洋水域分布环境条件外，主要的准备工作是督造海船。他选择南京下关三叉河的龙江船厂为主要造船基地，同时在清江、太仓、福州等地建造海船。郑和作为正使，对海船的设计、规格、性能、形状，一定是参与研究的，而且是主要决策者。这一点可从宣德五年七月二十六日明宣宗的敕书中得到证明：敕太监郑和：尔以所造龙船，乃差内官高定柱进来，果造得平稳轻妙，是见尔忠敬之心，朕甚嘉悦，就赏赐尔物件付与高定柱，将来酬尔美意。……（《郑和家世资料》，北京：人民交通出版社，1985年，第3页。）
郑和依靠当时雄厚的国力和精湛的造船技术，建造了当时世界上规模最大、最为先进的海船。龙江船厂建于洪武初年，占地八千余亩，初建时即调浙江、江西、湖广、福建、南直隶江海沿岸的船工四百余户，按坊厢组织，根据专业分为四厢；以后又集中了技术高超的能工巧匠，实行严格管理，“船完(工)之日，编为字号，次第验烙，仍将经造官匠姓名刻于船尾，如无故早坏一年，于官匠名下追补一份，二年递加。”（《明会典》卷二〇〇。）由于是官办工厂，不计成本，一般的船只“造舶费可千余金”（陈倪：《使琉球记》。），最大的宝船，“须支动天下一十三省的钱粮来，方才够用。”（罗懋登：《三宝太监西洋记通俗演义》。）海船造毕，需反复试验，龙江船厂附近江边有稳船湖，“每逢海船告就，在此试航。”（见《同治上江两县志》。）
郑和督造的船舶种类繁多，船型宏伟，其船舶分类与规模大体可分为以下五类：宝船。据《明史·郑和传》，宝船最大者为长四十四丈，阔十八丈。每船均有船名，如“清和”“清远”“惠康”“长宁”“安济”之类，大型宝船设九桅、张十二帆，船上篷、帆、锚、舵之类，需二三百人才能搬动。船型为底尖上阔的福船船型，利于远洋航行。宝船是船队中的主体船舶。
马船。罗懋登《西洋记通俗演义》称有九桅，长三十七丈，宽十五丈。规模也很大，用于运载马匹、货物。
粮船。罗氏称有七桅，长二十八丈，宽十二丈，运载粮食及补给品。
坐船。罗氏称有六桅，长二十四丈，宽九丈四尺。将官指挥之战船。
战船。罗氏称有五桅，长十八丈，宽六丈八尺。负责护航之用。
水船。于沿途汲取淡水，积贮于船舱，供船队二三万人食用。
以上各类海船构造、规模、用途不一，每次船队远航归来后即予补充，可见当时造船速度之快。据《明成祖实录》统计，仅永乐年间所建造、改造的海船总数达二千艘之多。
(三)航海术
郑和率领船队七下西洋，如果没有强大的物质基础，没有先进的科学技术，要达到下西洋的目的是不可能的。
先进的科学技术中，最主要的是先进的航海术。前代航海技术的发展，特别是元代航海术的发展，为郑和远航提供了十分宝贵的有利条件，但郑和及其船队创造性的组织和运用是更加难能可贵的。郑和下西洋对我国航海术的发展作出了巨大的贡献。
第一，郑和组织了世界上有史以来规模最大、人数最多、管理最科学的船队。
在中国航海史上，虽有元人汪大渊等航行至东非，也有大批中国海船往来于南海至印度洋之间，但多为人数很少的使臣和结队而行的民间商船；在世界航海史上，比郑和远航要晚得多的哥伦布船队，仅有船三艘、水手88名，达·伽马仅有船四艘、水手170名，麦哲伦仅有船五艘，水手265名。而郑和的船队多达船63艘、各类人员27800余名（郑和船队的船数和人数各书记载不一。如《明史·郑和传》为船6227800余人，《瀛涯胜览》为一船6328568人。）。更重要的是，这二三万人是有机组成的整体，他们各司其职，以郑和第三次下西洋为例，各类人员如下：正使太监七员、副使监丞十员，少监十员，内监53员，都指挥二员，指挥93员，千户104员，百户103员，舍人三员，户部郎中一员，鸿胪寺序班一员，阴阳官一员、阴阳生四员，医官医士180员，旗校、勇士、力士、军力、余丁、民梢、买办、书手艺26803名，以上共27411名（《郑和家世资料》，北京：人民交通出版社，1985年，第3页。）。郑和还考虑到航海条件下，航海人员极易在变化不定的气候条件下得病，所以配置了180名医生，平均每150名就配备一名医生。所以，郑和庞大的船队，从人员组织到科学管理，都是中国和世界航海史上的创举。这本身就是一份宝贵的遗产。
第二，继承和发展了我国古代的航海气象和航海天文知识，并把它提高到新的水平。
我国古代有航海观察天象的传统，运用“过洋牵星”的航海术来指引航向。到元代时，中国水手已普遍掌握了牵星术，例如意大利着名旅行家马可·波罗回国时乘坐的中国海船就有北极星高度的记录，利用观测星的高度来确定航船所处的地理纬度，以掌握航行方向。郑和航海时依然运用牵星术，“惟观日月升坠，以辨西东，星斗高低，度量远近。”(巩珍《西洋番国志·自序》)现存的《郑和航海图》附有四幅“过洋牵星图”，均以宝船为中心，周围标明各星座的高低，如“东北织女星十一指平水”，其中一“指”约合今图一度半左右，11指即出水平16度半。这样船队所处的地理位置就十分清楚了。
准确及时地掌握信风是郑和航行取得成功的重要条件。长期航运经验的积累，使我国很早就掌握了信风知识。宋人朱彧在《萍洲可谈》中说：“舶船去以十一月、十二月，就北风，来以五月、六月，就南风。”每年秋冬季节，我国东南沿海及其以东的西太平洋洋面盛行东北信风；由南海向西到印度以至继续西行，同样要靠东北季风。所以郑和出航的时间多在秋冬，唯一的一次(第六次)，因准备仓促，定在初春，否则就要耽误一年。而郑和船队返回的时间则多在夏季，少数在初秋，这是因为西南季风退出南海的时间是八月中旬。
郑和的航行不仅仅是借助传统的信风知识，沿传统航线往返旅行；更在于把这种知识拓展到印度洋及其以西的地区，同样是借助风力和洋流的作用，开拓了越过印度洋直达东非的壮举。
北印度洋与大陆紧密相连，形成世界上典型、突出的热带季风气候和由此而产生的季风洋流，使在航海上有与南印度洋相异的特殊条件，即风和洋流随季节不同而变化，提供了可往可返的海上航行动力。郑和船队完全掌握了这种季风和洋流，加上宝船的庞大和航运技术的高超，终于使郑和成为有史以来见于记载的横渡印度洋的第一人。在这之前，掌握了印度洋风向和海流周期的阿拉伯人，所开辟的航线也只是沿岸进行贸易性航行，因为他们海船太小、航海技术也较差。而郑和不仅具备了在大洋中心航行的条件，加上由于分出访的需要，必须穿越北印度洋直达东非。
第三，更加精确地使用罗盘针来指引航向。
早在战国时，我国已发明了指南针。但将指南针使用于大海航行，这是11世纪左右的事。
郑和航海使用罗盘测定了往返的针路。巩珍在《西洋番国志·自序》中说：“皆斫木为盘，书刻干支之字，浮针于水，指向行舟。经月累句，昼夜不止。海中之山屿形状非一，但见于前，或在左右，视为准则，转向而往。要在更数起止，记录无差，必达其所。始则预行福建、广浙，选取驾船民梢中有行惯下海者，称为火长，用作船师。乃以《针经图式》付与领执，专一料理。”这种罗盘采用天干、地支、八卦(部分)等字，分作24个方向，如把缝针计算在内则共有48个方向；每向7.5°，这在古代是非常精确的。
除此以外，郑和船队还改进了其他航海仪器。如测量星体距水平线高度的仪器牵星板，计算船舶在海上航行的计程仪。这些仪器的广泛使用，保证了种种测量的准确性，确保了船队航行的正常进行。
第四，郑和航海对所经过的航线进行了实测，其中包括新开辟的航线，绘制成《郑和航海图》，这是郑和航海留下的极其宝贵的财富。
《郑和航海图》约绘制于郑和第六次下西洋之后。详细记载了从南京下关龙江船厂出发，沿江南向海岸，西行经南洋及印度洋各国，远抵非洲东岸肯尼亚蒙巴萨的航道。图中分别绘制了大陆岸线、岛屿、礁石、浅滩、港口、江河口以及陆地可作航标的宝塔、寺庙、桥梁、旗杆等地物。还详细记载了地名，绘出航线，航线上注记了针位(航向、方位)和更数(航程、距离)，有的地区还注记出航道深度、航行注意事项；又根据海区定位的需要，有的图幅还注记了天体高度。《郑和航海图》是郑和远航的重要成果，对后世的航海图起了示范的作用。
(四)地理学
明初杰出的航海家郑和七下西洋的伟大创举为我国地理学的发展创造了条件。其随行人员回族航海家费信、马欢分别着有《星槎胜览》和《瀛涯胜览》，这两部书不仅是史学着作，也是优秀的地理着作，我们已在前文中作过介绍。下面主要论述郑和第六次航海归来后编绘的《自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸番图》(简称《郑和航海图》)在地理学上的贡献。