古人重形象思维，求技巧实用，科学理论与科学精神十分匮乏。而苏颂特别强调科学理论方面的研究，讲究严谨缜密的逻辑推理，坚持理论与实践并举，在古代显得尤为珍贵。
关于水运仪象台的原理与结构，苏颂在《新仪象法要》中有所说明：“兼采诸家小说，备存仪象之器，共置一台中。台有二隔，置浑仪于上，而浑象置于上，枢机轮轴隐于中，钟鼓时刻司辰运于轮上”，这是水运仪象台的结构组成；其运转模式是“以水激轮，轮转而仪象皆动”；至于效果，则是“备制二器而通三用也”。
苏颂创制的水运仪象台，一个最大的突破与特征，便是实现了观测的自动化。他充分吸取前人的研究成果，上层置放观测天体的浑仪，下层是演示天象的浑象，中层是使浑仪、浑象转动的机械装置。水流冲击轮轴，仪器开始运行，水运仪象台具有三重功效：观测天体运行，演示天象变化，木人自动敲钟击鼓、摇铃示牌、准确报时。
正是水运仪象台与《新仪象法要》，为苏颂争得了五项世界第一。
第一、二、三项世界第一，均为李约瑟在《中国科学技术史》一书中的高度评价与定论，他认为“苏颂把时钟机械和观察用浑仪结合起来，在原理上已经完全成功。因此可以说他比罗伯特·胡克先行了六个世纪，比方和斐先行了七个半世纪”；因水运仪象台的顶部设有九块活动屋板，他认为苏颂是世界上最早设计、使用天文台观测室自由启闭屋顶的人；又因水运仪象台可以循环往复地等速度运转，这种“擒纵器的水力传动机械时钟”，是现代钟表的先导与前驱。
《新仪象法要》中绘有水运仪象台的全图、分图、详图等透视图、示意图五十多幅，绘制机械零件一百五十多种，是世界上留存至今最早也是最为系统的机械设计图纸，为苏颂创下了第四项世界第一。
在《新仪象法要》中，绘有星图十四幅。为免图像失真，使绘制更加精确，苏颂采用圆、横结合等新的绘图法，绘星一千四百六十四颗。而欧洲晚四百年观测到的星数，也只一千零二十二颗。西方科技史专家认为：“从中世纪直到14世纪末，除中国的星图外，再也举不出别的星图了。”苏颂由此创造了第五项世界第一。
水运仪象台落成之后，苏颂又研制了一台假天仪。假天仪也叫天象仪，是一种普及天文知识的仪器。与人们站在天球外观察天象的浑天仪不同，假天仪则可进入仪器之中，看到逼真的人造星空。因为这样的天象是人为模仿假造的，故名“假天仪”。在古代，欲将天象模仿制造得惟妙惟肖，技术难度之大可想而知。据相关资料记载，苏颂所造假天仪“大如人体，人居其中，有如笼象，因星凿窍，如星以备。激轮旋转之势，中星、昏、晓，应时皆见于窍中。星官历翁，聚观骇叹，盖古未尝有也”。
