中国古代有四大科学门类成果突出，即农学、医学、天文、数学，简称”农、医、天、算“。落下闳在这些方面均打下好的基础。他不仅是继承了中国古代在上述学科领域的成就，而且大大加以了发展。落下闳参与制订《太初历》，作为中国古代历法的“样板”影响了中国科技的发展二千年，一直到现在，经久不衰，并已逐渐被世界各国认同。他的创新与发展最突出的是：
其一，将24节气纳入中国历法的体系之中。将农学、天文、数学融合为一体。24节气是中国古代农业学的一大独特的创造，完整的记载于《淮南子•天文训》（公元前140年左右），几千年来对中国的农牧业生产和人民生活起了极为重要的作用。落下闳的贡献是将24节气，这个告诉人们太阳移到黄道上24个具有季节意义的位置的日期，首次编入《太初历》之中，并规定节气（即立春、惊蛰、24节气中是奇数项的气）可以在上月的下半月或本月的上半月出现；而中气（即雨水、春分、谷雨等，24节气中是偶数项的气）一定要在本月出现，如果遇到没有中气的月份，可以定为上月的闰月。这种置闰原则一直沿用一千多年。北齐（公元550--557年）张子信发现太阳视运动不均匀现象。现在知道因为地球公转轨道是椭圆，所以节气间隔的字排也应是不均匀的，这称为定气。直到清朝才开始在历法中使用定气，从而对“落下闳置闰法”作了改进：即在农历中除11月（冬月）、12月（腊月）和1月（正月）这三个月之外，其外，其余9个月仍采用落下闳制订的“以无中气月置闰”的方法。
其二，研制浑仪和浑像，提出浑天说。将天文观测与宇宙理论融为一体。浑仪是一观测仪器，内有窥管，以称望管，用以测定昏、旦和夜半中星以及天体的赤道坐标，也能测定天体的黄道经度和地平坐标。浑象是一个演示性和仪器，在一大球上刻画或镶有星宿、赤道、黄道、恒隐圈、恒显圈等。浑仪和浑象是反映浑天说的仪器，即是“物化”和“浑天说”。“浑仪”和“浑象”是“浑天说”这一宇宙理论的物理模型。因而浑仪和浑象常统称为浑天仪。或称浑天仪、浑天象。西汉末杨雄（公元前58-18年）在《法言•重黎》篇里写道：“或问浑天。曰落下闳营之，鲜于妄人度之，耿中丞象之。”这里的浑天，即浑天仪，包括了浑仪和浑象。科学史界已普遍认同：西汉的落下闳是提出“浑天说”的最早的代表人物。东汉的张衡（公元78—139年），既是一位杰出的科学家，又是一位杰出的文学家。从他流传下来和著作《灵宪》、《浑天仪》（见《隋书•经籍志》、《旧唐书•经籍志》）可以看出，张衡大大改进了落下闳研制的浑天仪，更加丰富和发展了“浑天说”。张衡在《灵宪》序文中一开始就写道：“昔在先王，将步天路。用定灵轨，寻绪本元。先准之于浑体，是为正仪立度……”就明确承认了他的前辈的贡献。张衡进一步完善了“浑天说”，他在《浑天仪注》中写道：“天如鸡子，地如鸡中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天地各乘气而立，载水而行。周天三百六十五度四分度之一，又中分之，则半覆地上，半绕地下。故二十八宿，半见半隐，天转如车毂之运也。”（《晋书•天文志》、《隋书•天文志》）浑天说是中国古代三大宇宙理论之一。落下闳是“浑天说”最早和代表人物，张衡是“浑天说”的发扬光大者。落下闳研制的浑天仪和浑象，在中国用了二千多年，他的创新是开拓性的。
其三，发明“通其率”的算法，用辗转相除法求渐近分数，为历法计算提供了有力的工具。应用辗转相除法求渐近分数，与应用连分数法求渐近分数其计算程序是一致的。在《汉书•律历志》中称“闳运算转历”，可见《太初历》的数学运算是由落下闳承担的，包括日法81的计算、“上元积年”的计算、太极上元“的计算，等等。吕子方研究得出，日法81的计算是来自于连分数求出渐近分数（）。日本学者新城新藏在《东洋天文学史》第八编第六节”三统上元与超辰法“中，提出落下闳是通过求解不定方程，计算”上元积年“。李文林、袁向东提出，有可能”上元积年“是作为一次同余式求解。吕子方提出”太极上元“的计算落下闳也是应用的连分数求出渐近分数。这种算法落下闳本人称之为”通其率“。数学家何鲁为吕子方《〈三统历〉历意及其数源》一文作序时写道：“‘通其率’三字即有求连分数意。…