《儀象志》、（1674）和《窮理學》（1683）兩部著作中，介紹了力學基礎知識，包括重力、重量、重心、比重、浮力、材料強度、單擺、自由落體運動等知識。同時還介紹了光的折射和色散方面的知識。
南懷仁在《新制靈臺儀象志》中，介紹了機械方面的許多知識。他的另一部未刊刻的著作《窮理學》也包含了關於簡單機械的相當豐富的知識。《窮理學》於康熙二十二年八月二十六日（1683年10月16日）進呈，共60卷，是南懷仁最重要的一部著作，此書依據“格物窮理”之概念，綜合以往所成中西會通著作編撰而成，是當時傳入西學之集大成者，此書現僅存十數卷殘抄本。在《窮理學》的第七卷“輕重之理推”（共131節）中，有82節是關於簡單機械的知識。詳細敘述了天平、等子、槓桿、滑車、圓輪和藤線等六種簡單機械的性質、原理、計算和應用。
南懷仁不僅在其著作中傳播機械及機械工程方面的知識，而且實際參與機械工程方面的實踐活動。南懷仁奉召到北京後不久，他協助湯若望完成了一件相當困難的事情，這就是要設法把一口重達12萬斤的大鐘懸掛在鐘樓裡。
湯若望和南懷仁經過實地察看後，商定了移動和吊起大鐘的方案——使用定滑輪、動滑輪和滑輪組。1661年4月的一天，在他們的指揮下，200名工匠齊心協力操作，終於將大鐘移到了預定位置。
南懷仁在1669年（康熙八年）被重新起用，回欽天監任事，他在治理曆法、製造觀象臺儀器的同時，奉旨完成一件與欽天監工作毫不相干的重要任務——運送孝陵大石牌坊的石料過盧溝橋。
石塊重12萬斤，放在16個輪子的特大平板上，套300匹馬來拉，這麼多的馬匹擠在狹窄的橋上，不易駕馭，如果統一不了步調，馬匹擁擠蹦跳，可能產生難以估計的巨大震動。假如這樣，盧溝橋這數百年的老橋恐怕就承受不住了。南懷仁經過實地考察，認為改用絞盤來牽引最為穩妥。他的方案被工部採納，在他的親自指導下，製成了足以拉動巨石的滑輪和絞盤。運石過橋那天，工部尚書奉皇帝之命親臨現場。橋的西面設12個絞盤，每個絞盤由8名大漢推動；橋的東面設6個絞盤。東西兩端的絞盤用粗大的繩索相連。起動的命令一下，鼓樂齊鳴，絞盤拉動繩索，繩索牽引著十輪運石車穩穩當當地透過了盧溝橋。同年的10月和11月，以同樣的辦法又把修建陵墓所用的其他巨形石料安全地運過了盧溝橋。南懷仁的方案獲得了巨大的成功。
在機械製造方面，南懷仁還在中國進行了汽輪機的最早實驗，就是利用一定溫度和壓力的蒸汽的噴射作用，推動葉輪旋轉，從而帶動軸轉動以獲得動力。這個實驗在他的《歐洲天文學》的“氣體力學”一章中有過詳細的描述。
從1655年來華至逝世，在華近三十年。南懷仁“勤勉竭力，不辭勞瘁”，為信仰奉獻了一生，客觀上為西方的科學技術知識在中國的傳播作出了巨大的貢獻。他去世之後，康熙皇帝為他舉行隆重葬禮，並賜諡號“勤敏”。
在明清之際來華而後來客死中國的傳教士中，南懷仁是唯一一位身後得到諡號的。諡號是用簡單的兩個字概括人物生前的功績和操行，得到諡號的主要是皇帝與大臣，康熙皇帝所賜“勤敏”二字，恰好是對南懷仁在欽天監供職期間勤勉、聰敏的恰當評價。
但是，光環底下也有黑暗，南懷仁在中國也幹了一件嫉賢妒能的大壞事――*中國的兵器發明家。
中國史上，曾出現了一種“連珠火銃”的槍械。它是世界上最早的“機關槍”，可連射28發子彈。比歐洲人發明使用機關槍早200多年，威力和優越性超過當時世界強國的同類火器。
“連珠火銃”的發明者，是一位傑出的中國發明家戴梓。
南懷仁曾向康熙炫耀他們國家發明的“沖天炮”（又稱“子母炮”），並誇口說，“沖天炮”只有比利時人能造，結果花費一年的時間都沒有造出來，而戴梓只用了8天時間就造成了。
“沖天炮”造好後，康熙率眾臣親臨現場觀看試射，“沖天炮”的火力威猛，彈無虛發，康熙非常高興，並且大加讚賞，立刻為此炮賜名為“威遠大將軍”，並下令把製造者的姓名鐫刻在炮身上以示紀念。“沖天炮”在日後平定噶爾丹叛亂的戰鬥中發揮了重要的作用。
南懷仁嫉恨在心，伺機報復，於是勾結張獻忠養子之子陳宏勳在康熙面前誣陷戴梓“私通東洋”，結果康熙輕信讒言，將戴梓流放到了盛京（今瀋陽）。
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