徐霞客二十八岁那年，来到温州攀登雁荡山。他想起古书上说的雁荡山顶有个大湖，就决定爬到山顶去看看。当他艰难地爬到山顶时，只见山脊笔直，简直无处下脚，怎么能有湖呢？可是，徐霞客仍不肯罢休，继续前行到一个大悬崖，路没有了。他仔细观察悬崖，发现下面有个小小的平台，就用一条长长的布带子系在悬崖顶上的一块岩石上，然后抓住布带子悬空而下，到了小平台上才发现下面斗深百丈，无法下去。他只好抓住布带，脚蹬悬崖，吃力地往上爬，准备爬回崖顶。爬着爬着，带子断了，幸好他机敏地抓住了一块突出的岩石，不然就会掉下深渊，粉身碎骨。徐霞客把断了的带子结起来，又费力地向上攀援，终于爬上了崖顶。还有一次，他去黄山考察，途中遇到大雪。当地人告诉他有些地方积雪有齐腰深，看不到登山的路，无法上去。徐霞客没有被吓住，他拄了一根铁杖探路，上到半山腰，山势越来越陡。山坡背阴的地方最难攀登，路上结成坚冰，又陡又滑，脚踩上去，就滑下来。徐霞客就用铁杖在冰上凿坑。脚踩着坑一步一步地缓慢攀登，终于爬了上去。山上的僧人看到他都十分惊奇，因为他们被大雪困在山上已经好几个月了。他还走过福建武夷山的三条险径：大王峰的百丈危梯，白云岩的千仞绝壁和接笋峰的“鸡胸”、“龙脊”。在他登上大王峰时，已是日头将落，下山寻路不得，他就用手抓住攀悬的荆棘，“乱坠而下”。他在中岳嵩山，从太室绝顶上也是顺着山峡往下悬溜下来的。徐霞客惊人的游迹，的确可以说明他是一位千古奇人。
徐霞客在跋涉一天之后，无论多么疲劳，无论在什么地方住宿，他都坚持把自己考察的收获记录下来。他写下的游记有二百四十多万字，可惜大多失散了。留下来的经过后人整理成书，就是著名的《徐霞客游记》。这部书四十多万字，是把科学和文学溶合在一起的一大“奇书”。
徐霞客的游历，并不是单纯为了寻奇访胜，更重要的是为了探索大自然的奥秘，寻找大自然的规律。如他对福建建溪和宁洋溪水流的考察，就是一例。黎岭和马岭分别为建溪和宁洋溪的发源地，两座岭的高度大致相等，可是两条溪水入海的流程相差很大，建溪长，而宁洋溪短。徐霞客经过考察，找出宁洋溪的水流比建溪快的结论。“程愈迫则流愈急”，也就是说路程越短，水流越急。这个地理学上的著名结论，就是由徐霞客通过实地考察得出来的。他在山脉、水道、地质和地貌等方面的调查和研究都取得了超越前人的成就。
他对许多河流的水道源进行了探索，象广西的左右江，湘江支流萧、彬二水，云南南北二盘江以及长江等等，其中以长江最为深入。浩荡的长江流经大半个中国，它的发源地在哪儿，很长时间都是个谜。战国时期的一部地理书《禹贡》，书中有“岷江导江”的说法，后来的书都沿用这一说。徐霞客对此产生了怀疑。他带着这个疑问“北历三秦，南极五岭，西出石门金沙”，查出金沙江发源于昆仑山南麓，比岷江长一千多里，于是断定金沙江才是长江上源。由于当时条件的限制，徐霞客没能找到长江的真正源头。但他为寻找长江源头，迈出了极为重要的一步。在他以后很长时间内也没有人找到。直到1978年，国家派出考察队才确认长江的正源是唐古拉山的主峰格拉丹冬的沱沱河。
徐霞客还是世界上对石灰岩地貌进行科学考察的先驱。我国西南地区石灰岩分布很广泛。徐霞客在湖南、广西、贵州和云南作了详细的考察，对各地不同的石灰岩地貌作了详细的描述、记载和研究。他还考察了一百多个石灰岩洞。在湘南九嶷山，他听说有个飞龙岩，就请当地的和尚明宗引导，带着火炬去考察。飞龙岩是个巨大的洞穴，曲曲折折，洞里有洞，洞内又是坑又是水，很难行走。徐霞客全不顾及，一直深入进去，他的鞋跑掉了也不在乎。明宗几次劝他回去，他都不听。直到火炬快烧完了，他才恋恋不舍地往回走。他没有任何仪器，全凭目测步量，但他的考察大都十分科学。如对桂林七星岩十五个洞口的记载，同今天我们的地理研究人员的实地勘测，结果大体相符。徐霞客去世后的一百多年，欧洲人才开始考察石灰岩地貌，徐霞客称得上是世界最早的石灰岩地貌学者。
徐霞客在地理科学上的贡献很多。除上述所说，他对火山、温泉等地热现象也都有考察研究，对气候的变化，对植物因地势高度不同而变化等自然现象，都作了认真的描述和考察。此外，他对农业、手工业、交通的状况，对各地的名胜古迹演变和少数民族的风土人情，也都有生动的描述和记载。他的这部奇书，在文学上的价值也很高，篇篇都可以说是优美的散文。
徐霞客最后一次出游是在1636年，那时他已五十一岁了。这次他主要游历了我国的西南地区，一直到达中缅交界的腾越（今云南腾冲），至1640年重新返回家乡。他回乡不久就病倒了。他在病中还翻看自己收集的岩石标本。临死前，他手里还紧紧的握着考察中带回的两块石头。
徐霞客热爱祖国，热爱科学，在科学事业上奋勇攀登的精神，是值得后人永远学习的。
