就在课余致力于中国机械工程史的研究，先后发表有关的学术论文十九篇，专著两种。
在过去四五千年中，我国劳动人民在机械工程方面有着极其丰富的创造，但历史缺乏记载，或者记载不详，更少图例可据。要发掘和继承这些宝贵的文化遗产，必须进行长期的繁重的科学研究。早在一九三三年，刘仙洲就搜集大量文献，写出《中国旧工程书籍述略》，并在一九三五年发表了包括交通工具、农业机械、灌溉机械、纺织机械、雕版印刷、计时器、兵工等十三个方面的《中国机械工程史料》。在以后的四十年中，不管在怎样困难的条件下，他从未间断过对有关资料的搜集和研究。无论外出开会、参观、视察，每到一处，即使只有一两个小时的空闲，他也必定到当地博物馆、旧书店搜集材料。北京的琉璃厂、隆福寺等几十家旧书店和每年春节的厂甸，更是他经常去的地方，每次去都是满载而归。同在清华大学任教的张荫麟也常去这些地方。因为两人都只顾物色好书，往往各抱一大抱书挤到一起，抬头一看才发觉原来是老朋友。走进刘仙洲的住宅，就像来到一爿古籍书店：楼上楼下，东墙西壁，全是藏书。就连走廊角上，卧床后面，也摆满书架。《四部丛刊》、《二十五史》、《资治通鉴》、《天工开物》、《梦溪笔谈》、《农政全书》、《武备志》……令人目不暇接，数不胜数。特别是解放以后，在中国工程史编委会的协助下，刘仙洲查阅了古籍两万多种，制成各种资料卡片一万六千多张。他正是依靠这些文字记载和考古挖掘方面的最新材料，集腋成裘，聚沙成塔，深入研究了我国机械工程方面的发明创造，在许多问题上作出了自己的结论。一九六一年，他向中国机械工程学会十周年年会提出了《中国机械工程发明史》第一编（初稿），并于次年由科学出版社出版，共七万多字，附图一百三十三幅。在这部专著中，刘仙洲系统地总结了几十年来自己在这方面的研究成果，阐述了我国古代在简单机械和各种原动及传动机械方面的发明创造，在国内外都有相当影响。其中有十几项重要发明创造，如东汉张衡、唐朝一行与梁令瓒的水力天文仪器，北宋吴德仁的指南车和卢道隆的记里鼓车，元末明初詹希元的五轮沙漏等，已经复原成实物，陈列在中国历史博物馆。
刘仙洲自幼生长在农村，曾种过地，非常关心农业的技术改造，因此他还长期从事中国农业机械的研究工作。除一九二○年在育德中学留法预备班试制两种新式水车外，抗日战争期间又在昆明搞过改良犁、水车和排水机。一九四二年，他在《中国农器改进问题》一文中，反对一味抄袭外国的大型农业机械，主张结合我国农村的经济情况，就着旧日的畜力机械加以改良，使机械部分符合最新的机械学原理，而原动力仍旧利用畜力。一九四六年至一九四七年，他又专程到美国考察和研究农业机械，回国后在中国工程师学会作了题为《农业机械与中国》的学术报告，并写成二十多万字的《农业机械》一书，在清华大学机械系进行讲授。解放以后，他热情地参加华北农业部、北京农业机械总厂和河北省有关农业机械的改进试验工作，向各方面建议大力培养农业机械技术人才，并把自己多年收藏的七百多册农业机械书刊，全部赠给清华大学新成立的农业机械系。为了继承我国古代在农业机械方面的发明创造，更好地推动当前的农业技术改革，他又在一九六二年完成了七万多字、附图一百九十二幅的专著《中国古代在农业机械方面的发明》。这部专著系统地介绍了我国古代在整地机械、加工机器、播种机械、中耕除草机械、灌溉机械、收获及脱粒机械、农村交通运输机械等方面的发明创造，说明我国古代发明的农业机械，不但在数量上相当丰富，在时间上也往往早于其他国家几百年，有的甚至早一两千年。日本大阪大学专门研究中国农业技术史的天野元之助，对这本专著很感兴趣，曾摘译发表在日本《东洋学报》上。
实事求是的治学精神
在中国机械工程史的研究工作中，刘仙洲一向反对两种错误倾向：一种是妄自菲薄，民族自卑，感到事事不如外人，我国什么创造也没有；另一种是夜郎自大，我国什么都强过外人，在古籍中见到一言半语即穿凿附会。他主张实事求是，有就是有，没有就是没有；早就是早，晚就是晚。西方一般认为，机械传动的天文钟是欧洲人十四世纪初创造的。刘仙洲通过自己的研究，早在一九三五年即指出：公元七二五年，唐朝一行等人创造的水力天文仪已经采用了精密复杂的齿轮传动。一九五三年又肯定公元一三○年东汉张衡的水力天文仪中瑞轮蓂荚一部（利用凸轮自动表示每月天数的装置）已完全是机械性的机构。一九五六年，刘仙洲到意大利佛罗伦萨参加第八届世界科学史会议，宣读了自己的学术论文《中国在计时器方面的发明》，并和与会的英国剑桥大学教授李约瑟博士交换意见，李约瑟很同意刘仙洲的结论。李约瑟说：“中国天文钟的传统似乎很可能是后来欧洲中世纪天文钟的直接祖先。”西方科学技术史专家得悉刘仙洲的这一结论，都异常推崇：“想不到在这样早的时候，中国已有这样复杂的机械发明！”但是，有的学者对此仍有怀疑，中国的发明怎么会比西欧早这么多呢？以后，刘仙洲又根据有关文献和考古发现，对这个问题进一步作了回答。他确定：毫无疑问，张衡是我国创造机械性计时器的第一个人。从张衡开始，我国计时器已经利用齿轮系和凸轮机构，完全进入机械性计时器的阶段，比西方约早一千年。
…
黎诣远：刘仙洲与清华（4）
…
在中国古代机械工程的研究中，常常可以遇到同一发明有几种彼此互异的记载，而同一记载又往往有好几种不同版本。刘仙洲总是全面掌握这些文献，逐字逐句加以校核，去伪存真，一丝不苟。例如车的发明者，相传有七八人之多，有人甚至认为诸葛亮曾经发明过能够自动运行的“木牛流马”。刘仙洲博览古今书籍，特别是宋代的几项文献，断定“木牛流马”就是今天常见的独轮小车，而且是由蒲元等多人创议，诸葛亮只是采纳制造而已。他还从西汉许慎所著《说文解字》中找到“辇”（即一轮车）这个字，又从考古中发现了反映西汉使用独轮小车故事的石刻画像。这说明至少西汉时代就有了独轮小车，蒲元等人不过是在前人的基础上，为适应山地和栈道运粮有所改进罢了。又如《宋史》卷一百四十九《舆服志》所载吴德仁指南车的结构，是“左右龟鹤各一”。这句话可以理解成“左有一龟，右有一鹤”，也可以解释为“左右各有一龟一鹤”。理解不同，指南车的构造也就不同：前者外围六轮，后者外围八轮。刘仙洲通过反复研究，虽然发现两种结构都有可能制造，但一定要弄得非常确切，做到可靠可信。为此，他专门请教了汉语专家，又特地考证了北京故宫太和殿前龟鹤的古迹，认定应按后一种理解，方着手绘制成图。在同书中，还记载燕肃指南车的构造，殿本宋史有“系右小平轮一匝”的话，刘仙洲怀疑“系”系“击”之误，但不轻下结论，贸然更改，而是认真查阅好几种版本，最后发现百衲本宋史中确系“击”字，才改了过来。
（摘自《我国现代机械工程学的先驱》）
《过去的大学》第三部分
***************
西南联大文学院教授，多是好学深思之士。教授来自三校，各具不同学派的观点，历史上百家杂陈的局面，又在联大复现。教授们各就所长与爱好开课，其特点是学术自由空气的浓厚、课程名目繁多，有宁坐三年牢不愿看一句新词的卫道之士，也有决心改革中国文化的进步学者，而且各有自己的体系。 ——李钟湘
…
柳无忌：张梅两校长印象记（1）
…
在我以教学为职业的悠长的一生中，先后遇到与结交的大学校长，中国与美国的，为数实在不少，约在十人以上，在他们中间，与我会面次数较多而年代最长久的，要推南开校长张伯苓与清华校长梅贻琦。但就是他们两位，我所知道与能叙述的，也只是一些比较深刻的印象而已，他们的伟大人格与办事精神，曾给我莫大的鼓舞与启示。
张梅两位校长，同是了不起的人物，卓越的教育界领袖，以造育青年人才与提倡学术为终身事业。他们的成就将永远昭垂后代。张伯苓是一位综合教育集团的创造者，他一手开办与大力支持的南开学校，包括男中、女中、小学、大学，以及经济与工程研究所。他眼光远大，在卢沟桥事变前一两年，预知邻近日本军营的南开学校将朝不保夕，就在重庆郊外沙坪坝另设一所南开分校，为后来抗战期间的南开大本营。南开与清华关系密切，非但二校同在华北，又同为战时昆明西南联合大学的成员，而且张伯苓与他的弟弟张彭春都当过清华教务长。梅贻琦却是张伯苓的学生，曾就读南开。张梅二校长的办学作风不尽似，但同样在中国大学教育史上为二校留下光辉的一页。正如一般人听说的，没有张伯苓就没有南开；但没有梅贻琦与他的周流潜默的教化，清华也不能获得它在学术界的崇高地位。张校长有如一座巍巍南山，令观者不胜仰止，生着尊敬的心情；梅校长可比一棵高矗的枝叶茂盛的青松，在他的坦荡而宁静的荫蔽下，旅途中的人们获得慰藉与爱护。这些就是我对于他们二位的概括的印象，因为亲自经验到的，也许值得记录下来。
抗战期间，在渝郊沙坪坝的南开学校，我们的女儿在小学一年级读书。有一天，她放学回家，十分兴奋地告诉我们：那位大校长去参观了她的教室。对于任何人，无论小学学生或大学教授，张伯苓是名符其实的“大校长”。一个典型的北方人，身材雄健，体格魁梧，他那样的高个儿，正如他那样的伟人事业，使在旁边与他一同走路的人不免相形见矮。可是他的强健的身材，只是令人肃然起敬，不是敬畏而远避之。
张伯苓（一八七六—一九五一）生长于中国国难初期，当他在天津北洋水师学堂毕业时，正值北洋舰队为日本海军所击沉，只剩下慈禧在颐和园内用海军军费所盖的一座大理石石舫。目击国家所遭遇的耻辱，他深受刺激，便弃武就文。在这时期，英雄无用武之地，而新时代青年的培植，实为立国之本，救国之途。从二十二岁（一八九八）在天津严范孙家设馆教徒始，至七十二岁（一九四八）辞去南开校长，出任国民政府考试院院长止，张伯苓从事于教育事业，可谓五十年如一日。南开中学的前身（私立中学堂），在一九○四年有学生七十三名；而在一九三七年抗战初天津南开学校被日军毁灭时，南开大、中、小学各部共有三千人。在战时陪都重庆，重建的南开中学，有一千六百人；而南开大学与北大、清华合并在昆明的西南联合大学，无论在课程与师资方面，堪称当时的全国最高学府。
张伯苓常对朋友说，有如胡适所引的：“一个教育机关应当常常欠债。任何学校的经费，如在年终，在银行里还有存款，那就是守财奴，失去了用钱做事的机会。”虽然他要为学校用去每一分钱，自己却度着俭朴的生活。在天津八里台南开大学校址，就时常看见一辆洋车远远地从校门进来，沿着长长的马路，一直去到秀山堂的校长办公室。从天津城西南角南开洼（南开以此得名）他住的那所中国式校长住宅，到八里台大学，是一段有几里的路程，但是他不坐汽车，不管天晴天雨，他总是天天来校办公。在冬季朔风怒号，刮起阵阵“尘暴”的时候，他那辆包车就盖上一层深蓝色帐幕，而裹在厚厚的大棉袍内的大校长，也更显得十分巨大了。
张校长有时请客，邀教授作陪，不在他家中，而在秀山堂改排饭桌的教室内。在那种场合，我们的食指并不蠕蠕欲动，因为校长宴客，饭菜简朴，但是大家心情愉快，为的是能与校长及贵宾在一席。有一次，我还记得司徒雷登（燕京大学校长）来南大访问，负责招待的为大学秘书长黄子坚夫妇，黄太太是美国生长的，她就派我们请客人早餐，因为我们回国不久，还染有一些洋习惯，早上吃吐司与咖啡。虽然家中有厨子与老妈，作为主人的不能不事前布置周到，害得我同太太起了一个大早。校长本人住得太远，不能来（我想他也不惯洋式早餐），由秘书长夫妇陪贵宾来临舍下。居住在八里台的五年中，记不得校长是否曾来我们家中吃饭，大概没有（我的太太不以为然，她说校长来过我们家，并在吃饭时告诉她，那碗剩下的鸡汁不要丢掉，可以泡饭吃）。但是，这不是说校长没有与教授接触。有时候，兴致来时，他会光顾教职员住宅，看看教授家里情况，并检查房子是否清洁整齐。他的办法很简单，只要看一下在会客厅内的那些电灯罩上是否积有尘埃，就可知道。我想，我们的家是经过考验而及格的，好像还博得校长的赞许。
在我记忆中颇深刻的，是学校每星期的周会，校长登坛训话，演说他的那一套教育理论。像他在《四十年南开学校之回顾》里所说的，中华民族之弊病有五大端：愚、弱、贫、散、私。他开办南开的目的，就在育才救国，以匡正此五大弊病。针对着“弱”，他提倡体育；为挽救国家的“贫愚”，他造就有“能”的青年人才，而以“公”（矫正“私”）“能”为南开校训。因为“中华民族有如一盘散沙”，他强调团结：“聚则力强，散则力弱”，“分则易折，合则难摧”。为了证实这个道理，在训话时他喜耍一个小玩意儿。就是在训话中间，他临时叫坐在礼堂前排的几个学生上台来表演。先把一只筷子给某个年轻力壮的学生，让他把筷子轻而易举地一折两段�