明思宗继位之后，复职的徐光启受命制造火器，他再次提出到澳门购置西洋大炮的主张。明思宗采纳了这个建议，于崇祯二年(1629)命两广军门李逢节、王尊德到澳门购买10门西洋大炮。二月，这10门西洋大炮由葡萄牙炮兵统领公沙·的西劳和耶稣会士陆若汉率炮手、炮匠押送，经广州北上，于十一月到达涿州。此时正值后金皇太极率兵攻破大安口（今河北遵化西北），进抵京畿地区，这10门大炮便留在涿州布防。后金兵听闻有西洋大炮在此布防，未敢贸然攻城，弃良乡而走遵化。徐光启大喜，十二月急请令兵仗局铸造二号西洋大炮，并亲往涿州迎取西洋大炮。明思宗对此大加支持，命其与兵部总理细加斟酌，密奏以闻。西洋大炮迎至北京，明思宗即命京营总督李守锜会同提协诸将将它们架设于京城冲要之处，精选将士练习点放之法，赐炮名为“神威大将军”，并决定再派人至澳门购买西洋大炮。翌年，当中书姜云龙和陆若汉抵达澳门时，葡萄牙商人漫天要价，甚至无理地提出许多损害中国对澳门恢复行使主权的苛刻条件，如允许葡萄牙人在澳门筑城、撤走中国政府驻澳门的参将、葡萄牙船只赴澳门不受检查、增加运往澳门的粮食数万石等。明廷当然不能接受这些条件，礼科都给事中卢兆龙也连上四疏，表示激烈反对。明思宗于是下旨收回购炮命令，将姜云龙革职回籍。

徐光启自崇祯二年(1629)十二月奏请仿造二号西洋大炮后，又多次疏请仿造。到崇祯三年四五月间，已造出50门。在这前后，两广总督也仿制了50门。第二年十月，后金军队攻陷大凌河城，辽东战事吃紧。此时，明廷已造出西洋大炮179门，徐光启受命协理京城守备事宜。他进一步提出守城、制造火器和练兵，建立一支装备西洋大炮的精锐部队的建议。他的计划是组建15营，每营4000人，共6万人。每营除配备各种车辆（包括战车）和火器外，还有西洋大炮16门。为此，他建议调自己的学生、登莱巡抚孙元化领兵入京。孙元化“所善西洋炮法，盖得之徐光启” ，他辖下的一批工程技术人员中，王征曾向邓玉函学过力学、机械学，并与之合译《远西奇器图说录最》一书。张焘是李之藻的学生，对西洋大炮也有研究。他们曾帮助孙元化仿造西洋大炮，装备其部队。徐光启拟调其部队入京，组成一营，以之为基础，逐步扩充至15营。但是，徐光启这个奏疏呈上未及两月，登莱参将孔有德即于崇祯四年(1631)闰十一月发动吴桥兵变，攻陷登州，俘获孙元化和王征，登州的几百门大炮尽为孔有德所有。徐光启以孙元化部队为基础，组建装备西洋大炮的精锐部队的计划随之化为泡影，他本人也于崇祯六年(1633)十月因久病而辞世。而在此前的崇祯六年二月，孔有德投降后金，他手中的西洋大炮落入后金之手。此后，明军在火器装备方面再无优势可言，明与后金军事实力的对比发生重大变化，更难以阻挡后金的攻势了。

崇祯末年，明朝面临满洲八旗兵和农民起义军的两面夹攻，形势更加危急。此时到澳门买炮的路子已被堵死，而善于造炮的徐光启又已去世，明思宗决定由博学多才的耶稣会士汤若望主持铸造西洋大炮。汤若望虽然精通天文历法，但对铸造西洋大炮却是外行。他查阅大量西洋文献，经刻苦钻研，主持造出了20门西洋大炮，大的重1200斤，小的重300斤。在离京城40里处的广场上试验，一次点放成功。明思宗极为高兴，特颁旨嘉奖，命其再造小炮500门。在此期间，汤若望还与中国学者合著了《火攻挈要》一书。该书由汤若望口授，焦勖编纂，赵仲校订，于崇祯十六年(1643)成书并刊刻梓行。原书分上、下两卷，另附《火攻秘要》一卷，清道光年间潘仕成将其合并辑录成上、中、下三卷。上卷记述火器的制造方法，并附有各种火器的图形；中卷记述火药的制造、存放与搬运方法；下卷介绍火攻的方法和铸炮的注意事项。这部著作的问世，对西方的新式火器在中国的进一步传播，产生了积极的影响。

除了引进西方的科技文化，明思宗对西方传入的天主教也有浓厚的兴趣，甚至产生了好感。

同其历代先辈一样，明思宗也是信奉佛教、道教的。利玛窦入京，被准许在宣武门内设堂传教后，天主教开始在北京传播。汤若望经徐光启推荐参与历法的修订后，受到明思宗的信任，得以出入皇宫，便借机在宫中传教。崇祯四年(1631)即在皇宫内劝说10名太监入教。第二年在宫中举行第一台弥撒，为御马监太监庞天寿施洗入教。庞天寿入教后，把天主教和耶稣会士一一介绍给皇室，皇室成员于是纷纷入教。后来在宫中设立两个小教堂，便于宫中的天主教徒做弥撒。汤若望还极力向明思宗宣传天主教教义。崇祯十三年(1640)，他曾向明思宗进呈印刷精美、色彩绚丽的多幅《耶稣行迹图》，明思宗谕令悬之于御座大殿，让皇室诸人及大臣观赏了十余天。汤若望还向明思宗进呈过一本150页的羊皮纸画册，上面绘有耶稣的生平事迹。就在这一年，汤若望上疏直接劝说明思宗加入天主教。此外，已加入天主教的徐光启，在崇祯五年(1632)以礼部尚书兼东阁大学士进入内阁后，也“力进天主之说，将宫内供养诸铜佛像尽行毁碎” 。

汤若望、徐光启等人的宣传，引起了明思宗的浓厚兴趣。他自小在好佛佞道的皇宫里长大，对佛、道虔诚崇拜，但不管是哪路神仙，都未能挽救明王朝走向末路、濒临危亡的命运。既然神佛仙翁无法保佑自己，何不求助于那个外来的天主呢？俗谓“外来的和尚好念经”，说不定这位外来的天主真能保佑自己渡过难关，实现中兴之治哩！他不仅亲笔题写“钦褒天学”四字赐给汤若望，还诏“群臣名‘天’者悉改之”。有个大理寺推官初名天工，即因他的这道诏令“乃改良谟” 。崇祯五年徐光启上疏劝明思宗信奉天主、拆毁佛像后，他还下令将宫中供奉的佛像拆毁。王誉昌的《崇祯宫词》中有首记述玉皇殿撤佛像的诗，其注云：“内玉皇殿永乐时建。有旨撤像，内侍启钥而入，大声陡发，震倒像前供桌，飞尘满室，内侍相顾骇愕，莫敢执奏。像甚重，不可动摇，遂用巨絙曳之下座。时内殿诸像并毁斥，盖起于礼部尚书徐光启之疏。”另有一诗记述将乾清宫佛像撤往宫外寺院另行安置之事，谓：“灵感全凭一念生，先于明诏去乾清。宝云高拥莲花座，依然行踪有乐声。”

但是，就在崇祯十三年(1640)明思宗收到汤若望劝说信奉天主教的奏疏不久，他最钟爱的田贵妃所生的皇五子朱慈焕突染重病。病危之际，明思宗前去看望，五岁的小慈焕手指天空，说九莲华娘娘现立空中，历数父皇“毁坏三宝（佛像）之罪，及苛求武清” ，说完就咽了气。所谓九莲华娘娘，指明神宗生母孝定李太后。她因好佛，宫中画像将她画作立于九莲座之上，故被称为“九莲华娘娘”。武清指武清侯李伟的后裔李国瑞，因明思宗要他输赀以助军饷，他不应而被夺爵，“遂悸死” 。此后，明思宗便将搬出殿外的佛像又搬回宫中，焚香膜拜了。

明思宗对科学技术寄予厚望，对西方传来的天主教怀有好感，这在明朝诸帝中实属罕见。最高统治者的这种个人爱好，客观上为人们对未知事物的探寻、对科学技术的研究营造了一个宽松的外部环境。加上明中后期实学思潮的激荡，一些正直的士大夫纷纷从空谈性理转向经世致用，投身于科学研究，力图实现富民强国、解救危局的理想。徐光启研究天文历法，督导历书的修订，还长期坚持农业科学巨著《农政全书》的写作。弥留之际，他谆谆嘱咐其孙子，应尽快将《农政全书》缮写完毕，进呈朝廷。徐光启去世后，他的孙子徐尔斗将其遗著呈献朝廷，明思宗“诏令有司刊布，加赠太保” 。这部著作共60卷，杂采众家，兼出独见，是一部集我国古代农业科学技术之大成而又吸收了西方科技知识的学术著作。江西奉新人宋应星，崇祯年间曾出任江西、福建、安徽的地方官，有机会接触下层群众，细心观察他们的生产和生活状况，熟悉生产领域的工艺流程，后乃弃绝科举仕途，写出一部系统记述我国古代农业和手工业生产技术和经验的《天工开物》，共18卷，被誉为世界科技史上的“百科全书”。安徽桐城人方以智，“聪颖绝伦，书无所不读” ，他广泛吸收西方科学技术的成果和理论，撰写了《物理小识》12卷。南直隶江阴人徐宏祖，更是厌恶功名，热衷于观察、探究大自然的奥秘，从22岁起长期外出游历，足迹遍及江苏、浙江、山东、安徽、福建、河南、河北、山西、陕西、江西、湖南、湖北、广东、广西、云南、贵州16个省区，首开系统考察自然、探索自然的新型研究之路，留下了60多万字的《徐霞客游记》，在我国近代地理学的发展史上占有重要地位。这些科技名著，犹如璀璨的明珠，在明末漆黑的天幕上发出耀眼的光芒，形成一幕独特的景观。

在国势危难之际，明思宗一反空谈性理之风，赏识经世致用之士，对科学技术产生浓厚兴趣，敢于任用精通中西科学技术的官员和西方传教士参与历书的修撰，显示出同那些保守的前辈不大一样的品格。但是，由于他对科学技术等外来新鲜事物的兴趣是和济时救世密切联系的，因此带有鲜明的急功近利的色彩。他缺乏长远的目光与宽阔的视野，未能认识到国内经济已从较为单一的农业经济转变为农、工、商并举的多元经济，世界经济也以海洋为交通途径向全球一体化发展，而是固守以农立国、重本抑末的传统，即位之后，在重视农业的同时，未能采取有力措施来保护、扶植工商业特别是海外贸易，也没有及时把几乎单一的农业税转化为多种税制并举，相反却在崇祯元年(1628)重申海禁政策，从而阻滞经济的发展，堵塞了多种税源，使国家的财政困难无法得到缓解。