イブン・スィーナーは自然科学の研究にあたって先人の研究を利用するとともに、独自の手法で理論を発展させた。観察と実験によって探究を試みる手法はヨーロッパ世界に大きな影響を与え、ロバート・グロステストやロジャー・ベーコンらが行った実験科学の発展に大きな役割を果たした。ユークリッドの『原論』の最初の2つの公準について定式化を行い、アラビア世界におけるユークリッド解釈の道を開いた。また、ギリシャ世界では自然数のみにとどまっていた数の概念を、正の実数に相当するものにまで広げた。ユークリッド解釈はナスィールッディーン・トゥースィー、数の概念はウマル・ハイヤームに、後世のアラビア世界の科学者に継承される。占星術に対しては批判的な見解をとっていたが、天体が全ての自然物に影響を与えている観念は認め、天体の影響は人知を超えていると考えていた。アストロラーベに代わる観測器具を考案したが、彼が考案した器具には16世紀に考案されたノニウスの原理が初めて用いられていると言われている。イスファハーン時代には天文台の設計に携わり、その時にプトレマイオスが発明した観測装置の問題点を多く指摘した。『治癒の書』に収録されている「天体地体論」においては大地が球体であることを様々な方法で論証し、中世キリスト教世界の地球観に影響を与えた。同書に収録されている「気象学」は地理、気象、地質学について述べた章であり、造山運動の説明など、一部には近代の地質学との類似性が見られる。ホラズムでは隕石を溶かして成分を分析しようと試みたが、灰と緑色の煙が生じただけで、金属質が溶けたと思われる物体は残らなかったと記録を残している。イブン・スィーナーは錬金術についても、否定的な立場をとっていた。全ての金属は起源を一にする錬金術者たちの考えは誤りであり、金属はそれぞれ独立した種であるため、その種類を変える方法は存在しないと主張した。この主張はロジャーベーコン、アルベルトゥス・マグヌスらヨーロッパの学者にも影響を及ぼし、彼らは錬金術における金属転換の考えに批判を行った。一方でイブン・スィーナーは神秘主義的な思考も持ち合わせ、夢判断を肯定して本を著し、奇蹟や超自然現象にも関心を示していた。
イブン・スィーナーは医学を自然学から派生した学問と見なし、医学を障害を取り除くことで本来の機能を回復させる技術と考えていた。彼は自著において健康と病の原因を究明し、結果に応じて健康の保持と回復の手段を決定する必要があると述べた。イブン・スィーナーは医術の実践よりも理論面を得意とし、臨床医学に必要とされる知識を『医学典範』にまとめ上げた。イブン・スィーナーはギリシャの医学者ガレノスの理論を継承し、時には批判を加えながらも発展させたが、解剖学の分野など、時代的な制限からガレノスと同じ誤りを犯した部分も存在する。イブン・スィーナー独自の発見としては、新たな薬草、アルコールを使った腐敗の防止、脳腫瘍と胃潰瘍の発見などが挙げられる。ガレノスだけでなく、イブン・スィーナーは哲学の師であるアリストテレスの説いた四大元素説を理論医学に応用するなど、彼の理論を『医学典範』において活用している。しかし、哲学と医学の領域、役割を明確に区別しており、他の医学者にも自らの領分を守るよう戒めた。また、ガレノスやアリストテレスら西方世界の医学論のほかに、イブン・スィーナーの医学論は古代インド医学の流れも汲むとする意見もある。イブン・スィーナーは古代ギリシャ世界の影響を受けながら音楽理論を研究し、健康の保持には音楽が最も効果的であると考えるに至った。『アラー・ウッダウラのための学問の書』内の音楽論を述べた部分では、ペルシア語を使って初めて音楽の調子を表記した。イブン・スィーナーの音楽論の基礎は当時実際に演奏されていた音楽にあった。イブン・スィーナーは医学論を人間の行動の研究にも適用したことから心理学の開拓者の一人にも数えられ、『医学典範』の中で精神療法を実施したことを述べている。彼は恋煩いを治療する名医としても知られ、当時の医学の手法に従って恋煩いにかかった患者の脈を計り、脈拍数に乱れがあることを確認した。しかし、精神に属する「理性」と脳のはたらきを関連付けようとはしなかった。
下り線の下関方陸上取付部は、入口から下関方立坑までの1405.14メートルで、普通の山岳トンネルと同様の施工を行った。地質は入口から約900メートルが玢岩および風化した輝緑凝灰岩、残りの約500メートルが硬質な輝緑凝灰岩であった。湧水はそれほど多くないと予想されたが、入口から下り勾配で建設するのは困難であると予想され、入口付近にはズリの捨て場として妥当な場所も無かった。一方で立坑から掘削すると海底部の工事と競合することになることから、結局509K580M付近に斜坑を建設してここから工事に着手することになった。海底部分はその性質から鉄道省の直轄施工であったが、できるだけ直轄施工は少なくする方針であったため、取付部は間組の請負工事とされた。ただし、立坑から509K880Mまでの約400メートルについては、海底区間の施工方法の試験などに用いるために直轄施工とすることになり、またそこから斜坑までは排水のために底設導坑のみ直轄施工とすることになった。下関方取付部は、1938年（昭和13年）5月3日に着工した。まず、杉田斜坑を509K580M地点に、下り列車進行方向に対して右側から、本線に直角に建設した。勾配は2分の1で、幅4メートル×高さ3メートルの断面とし、松丸太の支保工を用いて掘削して1938年（昭和13年）10月に完成した。なお杉田斜坑は本線トンネル完成後に土砂で埋め戻した。1938年（昭和13年）10月1日から、斜坑から下関方入口へ向けて導坑掘削を開始し、10月28日には下関方入口からの導坑掘削も開始した。1939年（昭和14年）5月20日に入口から263メートル、斜坑から708メートルの地点で貫通した。また斜坑から立坑へ向かっては、斜坑から約90メートル掘削した時点で縦坑側から直轄で掘削してきた底設導坑と1938年（昭和13年）12月23日に貫通した。以降、底設導坑を本断面へ切り広げ、覆工を実施した。覆工作業中、1940年（昭和15年）2月15日12時45分頃に509K126M付近において、延長約36メートルに渡って約1,000立方メートルの土砂が崩壊する事故が発生した。崩壊の数日前から降雨が続いて付近一帯の地盤に緩みが生じ、切り広げ工事により平衡を失って崩壊したものと推定された。作業員は出坑中であったため人的被害はなかった。この区間の突破作業には65日間を要した。下関方取付部の工事に伴い、地下水位が低下して井戸が枯渇する被害が発生した。このため下関市に委託して水道の工事を行うとともに見舞金を支払った。また地下水位低下に伴って土地が乾燥陥没を来たして家屋が傾く等の被害も生じ、見舞金と復旧工事費を支払った。下関方取付部は、1940年（昭和15年）6月28日に竣功となった。掘削土砂量約32,000立方メートル、覆工コンクリート量約9,400立方メートルで、請負金額は577,000円であった。