鄒伯奇畢生研究甚廣,從天文、曆法、測繪、圖表、輿地、物理、光學、力學,以至各種天文物理儀器、尺規、望遠鏡、機械等等,無不覃思竭慮。他所製造的各種科學儀器就有對數尺、銅壺滴漏、自鳴鐘、地球儀、七政儀、照相機和各種類型的望遠鏡、顯微鏡,開闢了中國科學儀器製造的先河。其中,最重大的貢獻是在光學方面。
  鄒伯奇的《格術補》(成書於1844年)是中國19世紀期間最重要的一部獨創性幾何光學著作。全書41條,約5500字,內容豐富,尤以討論透鏡組的焦距和成像公式最為卓越,並且詳細地討論了多種望遠鏡和顯微鏡的製造和相關的光學原理。
  最早傳入中國的西方光學著作是張福僖和英國艾約瑟合譯的《光論》,該書譯成於1849年,不僅比《格術補》晚5年,而且《光論》並未涉及《格術補》中的相關內容。鄒伯奇獨自完成的《格術補》將數學與光學相結合,推導出與西方光學成果完全一致的諸多公式。在這種意義上,鄒伯奇是中國近代科學的先驅。
  鄒伯奇於1844年製造了照相機,以地方原料為主配製了感光藥水,在中國首創玻璃板攝影術並成功地拍攝了人物肖像,從而開創了中國的攝影業。
  在天文學方面,鄒伯奇繪製了兩巨冊的赤道南北星圖和恒星黃赤經緯表,製造了天球儀和太陽系表演儀,後者將1846年才發現的海王星也置於其中。