イブン・ルシュドはアリストテレス「霊魂論」に関する三つの註解で、心理学に関する彼の考えを詳述している。彼は哲学的方法を用い、アリストテレスの考えを解釈することによって人間知性を説明することに興味を持っている。彼の考えが発展するにつれて彼の立場は変化していった。最初に書かれた小註解では、「素材的知性」は人が遭遇する特定のイメージ（表象）を保持するというイブン・バーッジャの理論に従う。これらのイメージは普遍的な「作用知性」によって「統一」のために基体として役立ち、それが起こることによって、人はその概念について普遍的な知識を得る。中註解では、アル・ファーラービーやイブン・スィーナーの考えに近づき、作用知性は人間に普遍的な理解の力を与え、それが素材的知性であるとした。人がある概念と十分な実験的な逢着を持てば、その力は活性化されて人に普遍的知識を与える。大註解において、「知性単一論」として知られるものを提案した。そこでイブン・ルシュドは唯一の素材的知性を主張し、それはすべての人間において同一であり、またそれは身体と混合するものではない。この理論はキリスト教圏の西欧に入ったとき論争を巻き起こした。1229年、トマス・アクィナスはアヴェロイストに対して知性単一論の反駁を書いた。
自然学においては、イブン・ルシュドはアル・ビールーニーによって開発された帰納法を採用せず、むしろ今日の自然学に近い。科学史家のルツ・グラスナーの言葉によれば、彼はアリストテレスの著作の議論を通して自然について新しい論説を生み出した“釈義的”な科学者であった。彼はしばしばアリストテレスの非創造的な追従者と描かれたが、グラスナーはイブン・ルシュドが非常に独創的な自然学の理論を導入したと主張する。特に彼のアリストテレスのミニマ・ナチュラリア理論と、フォルマ・フルエンスとしての運動についての精緻化は、西洋において取り上げられ物理学の全体的な発展にとって重要であった。また、「物質の運動状態を変化させるのに働く仕事の割合」として力の定義を提案した。これは今日の物理学における力の定義に近い定義である。
イブン・バーッジャとイブン・トゥファイルと同様に、イブン・ルシュドはプトレマイオスの体系を批判し、月、太陽、惑星の見掛け上の動きを説明するために導入した従円と周転円を否定した。彼はアリストテレスの原理に従って、地球の周りを厳密に円運動すると主張した。惑星運動には三つあると仮定し、肉眼で見ることができるもの、観察するために道具が必要なもの、哲学的推論によってしか知ることができものに分けた。イブン・ルシュドは当時のアラビアやアンダルシアの天文学者によって一般的に行われていた単なる数学に基づくものではなく、自然学に基づくものとして天文学を再定義しようとしたが、それは未完成に終わった。「形而上学大註解」最終巻において彼は言った。「私の若い頃に、この研究は私によって完成されると意気込んだのであるが、今や老年となって私はそれを諦めている。しかし恐らく、この問題は他の誰かがこの研究に取り組むことになるであろう」
イブン・ルシュドはプラトンの「国家」の註解において自身の政治哲学を述べる。彼は自分の考えをプラトンとイスラームの伝統とに組み合わせて、理想的な国家はイスラーム法に基づいたものであるとする。プラトンの言う哲学者王を、アル・ファーラービーに従ってそれをイマーム、カリフと等しいものとみなす。市民に美徳を与える方法は説得と強制の二つであるとする。説得は修辞的、弁証的、論証的があり、より自然的な方法である。しかし説得の通じない者には強制が必要である。従って最後の手段として戦争を正当化する。それゆえに、統治者は知恵と勇気の両者を持つべきであり、それは国家の統治と防衛のために必要である。プラトンのように、イブン・ルシュドは兵士、哲学者、支配者たちとして参加することを含めて国家の統治において女性に男性と共有することを求めている。同時代にイスラーム社会が女性の公共の役割が制限されていることを残念に思い、これを国家の幸福に有害であると言う。理想的な状態からの劣化というプラトンの考えを受け入れ、イスラーム史における正統カリフ時代からウマイヤ朝への移行の例を挙げる。
1998年（平成10年）に脳梗塞を発症した。外出が困難になった上、発声も不自由になり、原爆供養塔への日参や語り部としての活動を終えることとなった。その後は自宅療養を続けつつ、自宅を訪ねる人々に被爆体験を語り続けた。その証言内容を録音しようと、学生や教師ら、多くの人々が家を訪れており、その被爆体験は平和教育の教材としても広く活用されている。2005年（平成17年）、約40年間の原爆供養塔の清掃奉仕活動、約20年間の被爆体験証言を評価され、広島市民に夢や希望を与えた人や団体を表彰する「広島市民賞」を受賞した。2016年（平成28年）時点では歩行不能に加えて両目の視力も失っており、広島市東区の介護老人保健施設に入所し、寝たきりの生活を送っていた。その後も「人間が作ったもので、人間が殺されていく。そんなばかなことは私たちだけでもう終わってもらいたい。広島が知りたかったら、供養塔にお参りください。死者たちの言葉を聞きにおいでください。それが、私の願いです」とベッドの上で訴えており、佐伯の活動をもとにした書籍や舞台（後述）に共感した人々が依然、施設の佐伯の部屋を訪れ続けていた。メディアの取材にも応じており、翌2017年（平成29年）7月のNHKの取材に対しては「人間が作って人間を殺す爆弾なんてもう私たちだけで終わってもらいたいと願っております」と言葉を寄せていた。同2017年9月下旬に、体調不良から広島市内の病院に入院した。堀川惠子が見舞った際には、すでに会話が不可能な状態だったという。同年10月3日未明、心不全のため広島市内の病院で死去した。満97歳没。広島市では原爆供養塔の遺骨のうち、氏名が判明して遺族不明の遺骨を「原爆供養塔納骨名簿」として毎年7月に公表しており、その内容は佐伯が供養塔の納骨堂で独力で書き取ったノートをもとに作られている。広島平和記念公園では、佐伯に倣った主婦たちがボランティアで原爆供養塔の清掃活動や慰霊碑のガイドを行なっている（2016年現在）。