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从朱熹哲学逻辑结构来看，理借助气而产生宇宙万物，自然界的各种现象，都是阴阳二气氤氲、凝聚、碰撞、分散的结果。阴阳是自然界最普遍性范畴，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
  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。从气候来看，“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。”（同上第1905页，卷七十四）把气分为六层，似喻《周易》的六爻，六爻构成了气的往来运动，这样气候自是不同。
  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，其原因在于天运转的缓慢与紧急。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”（同上第3282页，卷一百三十八）。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。多风的原因，“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。”（《朱子语类》第2211页，卷八十六）朱熹以自己在福建漳州和泉州的体验，一般都是早上则风生，到中午最盛，午后风力渐微，至晚更无一点风色。由此可知，“盖风随阳气生，日方升则阳气生，至午则阳气盛，午后则阳气微，故风亦随而盛衰。”（同上）这种直观的解释，倒还能自圆其说。
  多阴的原因，朱熹分析说：“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。”（同上）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，而非真正的中国的西北。
  关于气象，朱熹用气（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。”（《朱子语类》第24页，卷二）雷犹如爆竹，爆开有响声，其所以如此，是因为“阳气伏于阴气之内不得出，故爆开而为雷也。”（同上第2535页，卷九十九）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，似是雷声前之现象。《语类》有载：“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。’”（同上第24页，卷二）雷电是由于阴阳二气相摩轧而积至于极，然后迸裂开来，出现闪电，并非什么神物所为。
  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。这是因为“阴气正升，忽遇阳气，则助之飞腾而上为云也。”（同上第2534—2535页，卷九十九）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。”（同上第1832页，卷七十二）雨从本质上讲，亦是阴气所为，“凡雨者，皆是阴气盛，凝结得密，方湿润下降为雨。”（《朱子语类》第1755页，卷七十）雷雨皆阴阳之气的相互作用而形成。雨犹如作饭加热到100℃，水蒸气出来，遇冷而有水珠，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。”（同上第23页，卷二）驳斥了“龙行雨之说”（同上）。
  霜雪，朱熹认为，“霜只是露结成”（同上）。他不同意程颐所说的“如言露结为霜，非也”（《程氏遗书》卷十八）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的观点，“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。”（《朱子语类》第23页，卷二）在朱熹看来，露若是星月之气，高山顶上应有露，今无，说明露是地之阴阳气蒸上而成。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。”（同上）认为风紧吹散了霜露。雪不是霜露结成，而是“雨结成”。“若雪，则只是雨遇寒而凝，故高寒处雪先结也。”（同上）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为风雪。“高山无霜露，却有雪。”（同上）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，泥必灒开成稜瓣也。”（同上）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，大阴玄精石亦六稜，盖天地自然之数。”（同上）雪花六出合于自然，而与阴数无关。
  雹虹，朱熹认为，雹是阴阳交争而成。他说：“今雹之两头皆尖，有稜道。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。”（《朱子语类》第25页，卷二）指出雹是阴阳交争时，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。”（《朱子语类》第24页，卷二）虹又叫做蝃，“蝃本只是薄雨为日所照成影”（同上）。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。但把虹说成是血气之类，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色散，虹总是圆弧形，圆弧的圆心就在观者的眼睛的“影子”上。陨石，“星有堕地其光烛天而散者，有变为石者。”（《朱子语类》第22页，卷二）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，而且有创见，促进了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。”（《论衡校释》卷四，《书虚篇》）宋代沈括批评了潮汐是由日出没而激成的观点，坚持月亮对潮汐的作用。
  朱熹继承了沈括的思想，他说：“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。”（《朱子语类》第28页，卷二）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。”（《楚辞集注》卷四，《悲回风》）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）的潮汐说也很赞赏。他说：“潮汐之说，余襄公言之尤详。大抵天地之间，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。”（《朱文公文集》卷五十八，《答张敬之一》）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。