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在朱熹哲学逻辑结构中，理——气融合而化生宇宙万物，自然界的各种现象，都是阴阳二气氤氲、凝聚、振荡、分散的结果。阴阳作为实虚范畴，而具有普遍性，它是构成万物的最基本要素，亦是最活泼和有生气的成分。因而，它具有最大的解释功能。
  （一）气候与气象
  在朱熹看来，气候与气象是气在宇宙间运动变化所呈现的各种不同的形态或形状。从气候来说：“天地中间，此气升降上下，当分为六层。十一月冬至自下面第一层生起，直到第六层上，极至天，是为四月。阳气既生足，便消，下面阴气便生。只是这一气升降，循环不已，往来乎六层之中也。”①把气分为六层，相似于《周易》的六自是不同。
  由于地域季节不同，气候也有差异。北方干燥，南方潮湿。春夏季节气候昏然，秋冬气候清明，其原因是在于天运转的缓慢与紧急。①这个解释虽不正确，但亦企图以天自身的原因来解释。
  为什么有的地方到四、五月雪还不化。这是因为“日到那里时，过午时阳气不甚厚，所以如此。”②阳气炎上便能化雪，阳气不足，而雪不化，这与“所谓景朝多风处”亦有关系。至于多风的原因，他说：“今近东之地，自是多风。如海边诸郡风极多，每如期而至，如春必东风，夏必南风，不如此间之无定。盖土地旷阔，无高山之限，故风各以方至。”③朱熹自己在福建漳州和泉州体难到，一般都是早上风生，到中午最盛，午后风力渐微，至晚更无一点风色。由此而知，“盖风随阳气生，日主方升则阳气生，至午则阳气盛，午后则阳气微，故风亦随而盛衰”④。这种直观的解释，还能自圆其说。
  关于多阴的原因，朱熹解释说：“如西北边多阴，非特山高障蔽之故，自是阳气到彼处衰谢。盖日到彼方午，则彼已甚晚，不久则落，故西边不甚见日。古语云：‘蜀之日，越之雪。’言见日少也。”⑤多阴而我雨，所以四川有：“漏天”之说，古语云：“巫峡多漏天。”漏天就是多雨，雨天即阴天，晴天即阳天。以日为阳，西北寒冷，阳气衰微，所以多阴。但朱熹把四川作为西北，是以南宋的地理位置而言的，而非真正中国的西北。
  关于气象，朱熹运用气（阴阳）的概念，解释了雷电、云雨、霜雪、雹虹的成因。譬如说雷电，“雷如今之爆杖，盖郁积之极而迸散者也。”①雷犹如爆竹，爆开有响声，其所以这样，是因“阳气伏于阴气之内不得出，故爆开而为雷也”②。阴气凝聚，逼迫阳气；阳气郁积到极限，而不能出，于是爆开突破阴气，而发出雷声。至于闪电，是雷声前之现象。《语类》记载：“问：‘雷电，程子曰：只是气相摩轧。是否？’曰：‘然。’‘或以为有神物。’曰：‘气聚则须有，然才过便散。如雷斧之类，亦是气聚而成者。’”③是阴阳二气相摩轧而积之极，然后迸裂开来，而出现电光，并非什么神物之所为。
  云雨，在雷雨之前，往往乌云滚滚，平常晴朗之日，也有白云朵朵。是因“阴气正升，忽遇阳气，则助之飞腾而上为云也”④。云在本质上说是阴气，只是由于它凝聚的密度有紧有松，运行的速度有迟有速，所以变幻莫测。雨与雷相聚，“阴阳之气，闭结之极，忽然迸散出做这雷雨。”⑤雷雨皆是阴气盛，凝结得密，方湿润下降为雨。犹如做饭加热到100oC，水蒸气出来，遇冷而有汗珠，以此说明阴气凝结而成雨，也有阳气被阴气压坠而下为雨的情况。“自是阴阳气蒸郁而成，非必龙之为也。”⑥驳斥了“龙行雨之说”⑦。
  霜雪，朱熹认为，“霜只是露结成”⑧。但是霜与露不同，他不同意程颐所说的“如言露结为霜，非也”⑨的结论，而采取传统的说法，并通过观测验证霜是露结成的。亦不同意程颐以露是星月之气，“古人说露是星月之气，不然。今高山顶上，虽晴亦无露。露只是自下蒸上。”①在朱熹看来，露若是星月之气，高山顶上应有露，今无，说明是地之阴阳气往上蒸而成。为什么高山无霜露？他曾这样回答：“上面气渐清，风渐紧，虽微有雾气，都吹散了，所以不结。”②风紧吹散了露霜。雪不是露霜结成，而是“雨结成”。“若雪，则只是雨遇寒而凝，故高寒处雪先结也。”③雨遇冷而凝结成雪。雪是风吹不散的，相反风与雪相联系而称风雪。“高山无霜露，却有雪。”④同时，他以风来解释雪花六出的原因，“雪花所以必六出者，盖只是霰下，被猛风拍开，故成六出。如人掷一团烂泥于地，泥必濽开，成棱瓣也。”⑤雪是水在一定温度条件下而成的，因此，朱熹以霜是露结成或雪是雨结成，并不全错。然而雪花六瓣并非猛风拍开，而是气温在零下23度以内，雪花成细针状，超过23度，便成六角形，它是水的结晶体的分子排列规则的结果。至于以《周易》的数理来解释。就牵强附会了：“六者阴数，太阴玄精石亦六棱，盖天地自然之数。”⑥雪花六出合于自然。
  雹虹，雹是阴阳交争而成。“今雹之两头皆尖，有棱道。疑得初间圆，上面阴阳交争，打得如此碎了，雹字从雨从包，是这气包住，所以为雹也。”⑦朱熹认为雹是阴阳交争时，阴胜阳衰的结果。由于阴胜而凝聚为雹，所以下雹时必阴寒。虹是雨气被日照射而成。“虹非能止雨也，而雨气至是已薄，亦是日色射散雨气了。①虹又叫做蝃“蝃本只是薄雨为日所照成影”②。虹不能止雨，它往往出现在雨过天晴，雨气已薄，日光散射雨气的结果。但把虹说成血气之类，显然牵强。虹是阳光通过空中雨滴，经过两次折射和若干次反射而产生的色散，虹总是圆弧形，圆弧的圆心就在观者的眼晴的“影子”上。
  陨石。“星有堕地其光烛天，而散者有变为石者。”③如实地记载陨星堕落的情况，火光烛天，后落地散为石。这种宇宙生成和演化的理论，不仅利用了许多自然科学的成果而且有很多创见，促进自然科学思想的发展。
  （二）潮汐说
  中国古人很早就知道潮汐与月亮的运行有关，王充曾说：“涛之起也随月盛衰，小大满损不齐同。”④宋代沈括批评了潮汐是由日出没而激成的观点。⑤坚持月亮对潮汐的作用。
  朱熹继承了沈括的思想，“潮之迟速大小自有常。旧见明州人说，月加子午则潮长，自有此理。沈存中《笔谈》说亦如此。”“陆子静谓潮是子午月长，沈存中《续笔谈》之说亦如此，谓月在地子午之方，初一卯，十五酉。”⑥由于月球和太阳引力的作用，使海洋水面发生周期性的涨落，潮汐的大小和涨落时刻逐日不同。然而每当月亮正好在上中天或下中天的时候，就会发生海潮。“潮，海水以月加子午之时，一日而再至者也，朝曰潮，夕曰汐。”①按生潮的时间分为早潮（白天发生）称为潮，晚潮（夜间发生）称为汐。每天有一潮一汐，两者之间间隔的时间平均是12小时25分，连续两次早潮、晚汐所间隔的时间平均为24小时50分，即每天的早潮或晚汐要比前一昼夜的潮或汐发生的时间平均落后50分。连续两次早潮、晚汐的间隔时间恰好和月球连续两次经过某一地点子午线（即通过该地点的经线）的时间相合。
  朱熹不仅吸收沈括的思想资料，而且对余靖（公元1000—1064年）的潮汐说很赞赏。“潮汐之说，余襄公言之尤详。大抵天地间，东西为纬，南北为经，故子午卯酉为四方之正位，而潮之进退以月至此位为节耳。以气之消息言之，则子者阴之极而阳之始，午者阳之极而阴之始，卯为阳中，酉为阴中也。”②关于余靖的潮汐说，《朱子全书》卷五十有引。朱熹通过地球某点（包括地球自转轴）的平面（子午面）与天球的交线，称为该点的子午圈。月临子午，是指月亮在子午圈上，由于地球自转，月亮每天二次通过子午圈。当月亮在天顶半圈上的时候为月正午，月在天底的半圈上时称月正子。为什么会发生潮汐？主要是月亮的引力引起潮汐，太阳的引力也有作用。由于太阳距离地球比月亮远，作用力只有月亮的1/2.2，因而太阳引起的潮汐被月亮引起的潮汐淹没了。但当朔或望时，太阳、地球和月亮近似在一条线上，太阳和月亮的引力加在一起，便发生大潮；而当上弦（阴历初七、八）和下弦（阴历廿二、廿三日）时，太阳和月亮的引力方向相反，月亮的一部分引力被抵消，便是小潮。但是朱熹与沈括他们一样，限于当时的科学技术水平，没有认识到太阳的引力对潮汐涨落的作用。
  朱熹之所以处处赞扬沈括，重视自然科学，并孜孜不倦地进行探索研究，这是与他的整个哲学体系以及为学之方的“道问学”分不开的。其一，讲求实理实学，才能反对虚理虚学；其二，讲求实际调查观测，反对因袭臆想；其三，讲求认识客观事物本来面貌，反对神秘主义。这是朱熹自然科学思想的精髓，也是他能在自然科学研究突破前人、而有所发展创造的原因所在。

①《朱子语类》卷七十四。 ①《朱子语类》卷二。 ②《朱子语类》卷一三八。 ③《朱子语类》卷八十六。 ④同上。 ⑤同上。 ①《朱子语类》卷二。 ②《朱子语类》卷九十九。 ③《朱子语类》卷二。 ④《朱子语类》卷九十九。 ⑤《朱子语类》卷七十。 ⑥《朱子语类》卷二。 ⑦同上。 ⑧同上。 ⑨《河南程氏遗书》卷十八。 ①《朱子语类》卷二。 ②同上。 ③同上。 ④同上。 ⑤同上。 ⑥同上。 ⑦同上。 ①《朱子语类》卷二。 ②同上。 ③同上。 ④《书虚篇》，《论衡校释》卷四。 ⑤见《象数》，《梦溪笔谈·补笔谈》卷二。 ⑥《朱子语类》卷二。 ①《悲回风》，《楚辞集注》卷四，第103页。 ②《答张敬之》，《朱文公文集》卷五十八。