新发明介绍给中国，在以后的历法改革中起了相当大的作用。
《远镜说》刊印于1629年。该书前面有汤若望的自序，正文分四个部分：1.望远镜的利用，按仰观和平视分述，2.构成望远镜的各透镜的分别利用，如解决近视和远视患者的苦恼;3.光学原理，4.望远镜的制造方法、使用说明和保养说明。
《远镜说》从原理、结构功能和使用方法上详细介绍了伽利略式望远镜，全书通篇条理清楚、浅显易懂、图文并茂。成为传播光学和望远镜制造技术的奠基性著作，对后世有重要影响。
1627年，汤若望被派到西安接替金尼阁的传教工作。他在西安城内建立了一座小教堂，除了开展宗教活动外，他始终坚持科学研究。他研究了从西安通向中亚、中东和欧洲的交通道路问题。为此，他不断向过往商人、到北京向中国朝廷进贡的附件小国的使团，打听和记录他们行走的路线，经过的国名、地名、驿站名以及来往商品的名称、贸易状况等等。他据此写山详细的研究报名，寄往欧洲。他还花了不少时间考察了欧洲长期争论不休的契丹和北部中国的关系问题，理清了在中国的北部并没有所谓契丹的地方。旧日所谓“汗巴利可城”是蒙古语对北京的称谓。在地图上应置于北纬40度，而竞置于50度以上，位置太靠北了。他这些观点和利玛窦是一致的。
崇祯三年(1630)，由礼部尚书徐光启疏荐，回京供职于钦天监，译著历书，推步天文，制作仪器。同时，利用向太监讲解天文的机会，在宫中传播天主教，受洗入教的有御马监太监庞天寿等。
汤若望在历局期间，还同中国学者合作翻译了德国矿冶学家阿格里科拉于1550年撰写的论述16世纪欧洲开采、冶金技术的巨著“矿冶全书”，中译本定名为“坤舆格致”。此书编成后，汤若望进呈给朝廷，崇祯皇帝御批：“发下‘坤舆格致’全书，着地方官相酌地形，便宜采取”。
崇祯七年，协助徐光启、李天经编成《崇祯历书》一百三十七卷。又受明廷之命以西法督造战炮，并口述有关大炮冶铸、制造、保管、运输、演放以及火药配制、炮弹制造等原理和技术，由焦勗整理成《火攻挈要》二卷和《火攻秘要》一卷，为当时介绍西洋火枪技术的权威著作。
崇祯九年，汤奉旨设厂铸炮，两年中铸造大炮20门。为谋取天主教在各省的合法地位，十一年奏请崇祯赐“钦褒天学”四字，制匾分送各地天主堂悬挂。
清朝顺治元年(1644)，清军进入北京，明亡。汤若望以其天文历法方面的学识和技能受到清廷的保护，受命继续修正历法。
汤若望多次向新统治者力陈新历之长，并适时进献了新制的舆地屏图和浑天仪、地平晷、望远镜等仪器，而且用西洋新法准确预测了顺治元年（1644年）农历8月初一丙辰日食时，初亏、食甚、复圆的时刻，终于说服当时的摄政王多尔衮，决定从顺治二年开始，将其参与编纂的新历颁行天下。他用西法修订的历书（就是《崇祯历书》的删节版）被清廷定名《时宪历》，颁行天下。
顺治元年十一月，命掌钦天监事。次年，他将《崇祯历书》压缩成《西洋新法历书》一百零三卷，进呈摄政王多尔衮，封太常寺少卿。
顺治七年，清政府赐地在宣武门内原天主堂侧重建教堂。汤若望将利马窦建的一座经堂扩大，建成了北京城内的第一座大教堂（南堂），此处成为汤若望等神父的起居地。 汤若望工作的地点则是在北京建国门附近的古观象台。在古观象台工作的传教士有50多人，汤若望是其中最主要的传教士，还担任台长，即钦天监监正。
顺治八年顺治帝亲政后，先后授太仆寺卿、太常寺卿、通政使并赐号“通玄教师”(康熙帝时为避讳，改“通微教师”)。汤若望经常出入宫廷，对朝政得失多所建言，先后上奏章三百余封。顺治帝临终议立嗣皇，曾征求汤若望意见。当时顺治帝因得天花，而当时朝延中只有汤若望一人知道天花如果流行会造成什么样的后果，于是他就说一定要找一位得到天花的皇子来继王位，于是便有了后来的康熙大帝。
中西历法之争，由来已久，吴明煊早在顺治十六年便上疏举报汤若望天算错误，结果反落了个“诈不以实”的罪名，险些被判了死刑。1661年，顺治病逝，八岁的康熙登基，辅政大臣鳌拜等反对西洋学说，大臣杨光先，言汤若望等传教士有罪三条：潜谋造反；邪说惑众；历法荒谬。
1664年冬，鳌拜废除新历，逮捕了已经中风瘫痪的汤若望和南怀仁等传教士。
康熙三年九月二十六日，清廷“会审汤若望，以及钦天监官员，翌年三月十六日，廷议将钦天监监正汤若望，刻漏科杜如预，五官挈壶正杨弘量，历科李祖白，春官正宋可成，秋官正宋发，冬官正朱光显，中官正刘有泰等皆凌迟处死。已故刘有庆子刘必远，贾良琦子贾文郁，宋可成子宋哲，李祖白子李实，汤若望义子潘尽孝俱斩立决。”
在汤若望等人经初审被判处死刑之后，曾进行了一次由中国、回回和西洋三种观测法同时预测日食时间的实际检验活动。结果南怀仁等人据西洋历