十八岁时，她回天长旧居一载。十九岁那年，再回南京。

几年的周游，使这位好学的少女大开了眼界，增长了许多在闺房中难以获取的知识。

几年周游，不仅锻炼了王贞仪的诗才，还造就她勇于求真的性格，这对其一生影响极大。

在少女时期，她就已下定决心，要在重男轻女的世俗偏见下，以一个巾帼女子做出同须眉男儿一样的业绩来。

这几年她把主要精力都投放在“习历、习算”，“研究句股测量方程之术”上。

王贞仪钻研历代天文着作，深谙张衡、虞喜、祖冲之、何承天、僧一行的学术成就，也了解哥白尼和第谷的学说，对中西天文学都有深入的研究。

她现存的科学着作，大部分是以梅文鼎学说为宗批驳各种谬误的天文学论述。

一次，她读张衡《灵宪》有关月食的学说，思考许久而不得其解。

为了对月食作出正确的解释，她反复实验，常常在农历十五的晚上，在花园凉亭的中央放一圆桌当地球，在亭子中梁上用绳垂系一盏水晶灯当太阳，在桌旁放置大圆屏镜作月亮，通过变动这三件物体来模拟太阳、地球、月亮的位置，从发光和反射的关系考察月食的成因。

在“天狗食月”等迷信观念盛行的时代，王贞仪写下《月食解》这篇有分量的文章。

她的《岁差日至辨疑》一文，对岁差的原理、测定以及推算方法都有准确的论证和简明通俗的说明。

《经星辨》《日月五星随天左旋论》和《月食解》等文则对于恒星数字、日月五星的移动方向、月食和日地的关系等方面进行了论述。

在《日月五星随天左旋论》中，她概述哥白尼学说为“以太阳中旋而地球旋转于外”，认为很可能是正确的。

在《地圆论》中，她反复阐述了地体浑圆的论点，指出地球所处位置是四周皆天的空间，地球上任何地方的任何人所站的都是地，头顶的都是天，对宇宙空间来说，上、下、侧、正的关系位置都是相对的，从而解释了人在圆形体上环立而不致倾斜跌倒的道理。