《徐霞客游记》首先是一部科学巨著。科学的精神，首先就在于不迷信前人旧说，善于独立思考，注重考察实证，勇于探索求真。对于我国的山川地理，自古也不乏各种史书文献记载。但徐霞客却发现：“昔人志星官舆地，多以承袭附会。”（陈函辉《徐霞客墓志铭》）“山川面目，多为图经志籍所蒙。”（吴国华《邝志铭》）因此，他不论对于山脉河流，还是奇洞怪穴，甚至聚落村居、逸闻传说，总要细细观察，思考分析。遇有奇异疑问，必穷究不舍。如首游雁荡山时，为了证实《大明一统志》中“龙湫之水，即自宕来”的记载，奋力寻湖，却无功而返。但他不罢休，后来重游时，改道重探，终于以亲身实地的考察，得出雁湖之水“皆与大龙湫风马牛无及云”的结论，推翻了当时最为权威的《大明一统志》的错误记载。儒家经典《禹贡》，有“岷山导江”的说法，自古以来就一直是权威之论，但徐霞客经过考察，写出《溯江纪源》（又名《江源考》），明确提出：“岷流入江，而未始为江源，正如渭流入河，而未始为河源也。……故推江源者，必当以金沙为首。”甚至一些无名山水，他也往往细加分析，弄清原委。如《浙游日记》中记载，他路过三九山，就对其山脉河流的分布走向进行详细分析，领悟出“三九”的得名由来。徐霞客对洞穴似乎情有独钟，遇有奇洞异穴，尤其是石灰岩溶洞，他总是不畏艰险，必欲深入细探而后快。这在《游记》中也有大量的记载。最典型的是关于桂林的七星岩，他先后考察了两次，对岩洞的位置、方向、大小、深浅以及洞内形态结构和洞外情况等，都作了详细的记录和生动的描写，这些记录和描写竟与用现代科学手段勘测的结果十分吻合。科学史家们发现，《徐霞客游记》中关于石灰岩地貌的考察和描述，比欧洲人要早一百五十年。总之，在整部《游记》中，涉及山形地貌、悬崖岩洞、江河水文、地热泉流、物产风俗、政区地理、道路交通、宗教民族、史迹文物等等方面的考察研究及其丰硕成果和科学价值，都是令人惊叹的。英国科学史家李约瑟在其主编的《中国科学技术史》一书中说《徐霞客游记》，“读起来并不像是十七世纪的学者所写的东西，倒像是一位二十世纪的学者所写的考察记录”。当然，徐霞客对山川地理的考察分析，也有许多不科学，甚至唯心的地方；他在旅途中遇到一些危难困惑，有时也求神问卜。另外，他似乎很精于堪舆学，《游记》中经常使用龙砂、虎砂、朝山、案山等堪舆术语来分析山形水势，这其中有多少科学和迷信的成分，还有待于进一步探讨。

《徐霞客游记》还是一部游记文学巨著。虽然作者的本意，并非专在从事文学创作，因此从科学考察的需要，《游记》中有大量的关于山形水势、距离里程等等的类似“流水账”的记叙，但是他对神州山川的极其热爱之情、高雅的审美情趣和卓越的文学才华，却自然而然地在这“流水账”中十分鲜明地体现出来。