孫元化“絕世聰明，於古今遠近之書無不讀”（《中國天主教史人物傳·孫元化》），成為學貫中西的大學者，尤以西學見長，著作甚豐，大多與西學有關，今分類考訂如下： ①《周禮類編》四卷
光緒《嘉定縣誌·藝文誌·經部》存目，並有陸元輔對此書的贊語，說《周禮》儀禮三百篇，經本書類編後，明白易曉。
②《三古姓系匯譜》三十卷
光緒《嘉定縣誌·藝文誌·子部》存目，有錢東垣跋。
③《離騷解》
光緒《嘉定縣誌·藝文誌·集部》存目。 ①《幾何用法》壹卷
萬歷三十四年（1606），徐光啟與利瑪竇合譯《幾何原本》，孫元化隨徐“於每日三四時到利寓所”，參與其事（裴化行《利瑪竇傳》），對幾何學有獨到的見解。萬歷三十六年（1608），徐光啟《幾何原本》問世，孫元化則著有《幾何用法》壹卷，《寶山縣誌·藝文誌》存目。豐順氏《持靜齋書目·子部·天文算學類》收此書。上海東方圖書館藏有孫元化《幾何用法》抄本壹冊，凡48頁，前有自序：
子先師受幾何於利西泰，自丙年（萬歷34年，1606年）始也。……戊申（萬歷36年，1608年），纂輯《用法》，別為壹編，以便類考。……十余年無有問者，稍示究心，則借鈔《用法》止矣。……庚申（泰昌元年，1620年），武水錢禦冰先生忘年勢而下詢，當暑孜孜，似欲為此書拂塵蠹者，而余檢篋中原草，已烏有。聊復追而誌之……竟不能盡憶，尚冀異日者，幸遇友人鈔本借從補之。
從序言可知，東方館藏本不是孫的原稿，也不是原稿的傳抄本，而是作者1620年應人之需，回憶重編的壹個節本。
②《幾何體論》壹卷
豐順丁氏《持靜齋書目·子部·天文算學類》收此書，卷後有“慶余心齋”諸印，並有題記：“道光己酉（1849）春，烏程慶余校讀壹過。”又有“慶余疇人子弟”諸印。方豪《中國天主教史人物傳·孫元化》認為，“兩本書是曾經同壹個人收藏的。”
③《泰西算要》
曾遠榮《中國算學書目匯編增補》存目，編號10.20。1992年《嘉定縣誌·傳略·孫元化》作《太西算要》。是書有自序，記萬歷34年初涉西法幾何，“因旁及歷法、算術諸書，蓋入門而趾不自持也”，既而“手輯歷算種種”。後被人借抄久失。萬歷48年（1620），孫“檢最難憶者亟先之，窮兩日夜，首得算法”，並“增加倍計法”壹節。天啟5年（1625），又增補而成此書。像《幾何用法》壹樣，此書是對失傳著作的壹個追憶節本。
④《西學雜著》二卷
光緒《嘉定縣誌·藝文誌·子部》存目，記此“亦為闡明算法之書”。
孫元化對幾何學造詣極深，徐光啟撰《勾股義》，得他之力，刪定“正法十五條”。徐在此書《序》中說得很清楚：
門人孫初陽（孫元化字）氏刪為正法十五條，稍簡明矣。余因各為論撰其義，使夫精於數學者攬圖誦說，庶或為之解頤。 ①《西法神機》二卷光緒《嘉定縣誌·藝文誌·子部》存目，且附有簡要說明：“首論鑄炮，首論制藥，後論命中之由，並繪圖式，是書得之西人，大要根於算法。”1992年《嘉定縣誌·傳略·孫元化》記他“學習西方技術，精通火器，著有《神機法要》，介紹大炮的制法和用法等。”此《神機法要》當即光緒縣誌中的《西法神機》，書名當以前誌為是。
②《經武全書》十卷
光緒《嘉定縣誌·藝文誌·子部》存目。
《西法神機》、《經武全書》是我國最早介紹西洋火器、戰術的軍事著作，可惜未能引起朝廷重視，依法研制火炮，朝廷還冤殺這位絕無僅有的西學英才。孫後，再也無人懂炮學，更不用說著書立說了。清康熙帝要造炮，還得仰仗洋人。幫助康熙造炮的傳教士南懷仁著造炮書《神武圖說》，比孫元化晚四、五十年。 ①《遼言》
孫元化襄贊遼省軍務，出任登萊巡撫，為遼事籌劃奔走，所著《遼言》是這壹時期的奏疏、公文的匯編，《寶山縣誌·藝文誌》存目。孫元化與王徵論交始末壹文記“《遼稿》壹冊，附西鐸為問，他無言也。”所記《遼稿》當即《寶山縣誌》所載《遼言》，書稿征詢過西洋教士意見，西鐸“無言”，當持相似看法。
②《水壹方人集》十四卷
光緒《嘉定縣誌·藝文誌·史部》存目，錄有徐時勉作的序言，言及成書原委。說元化“歿後，子和鼎、和鬥搜集散逸（文字），發明當日成敗利鈍，朝臣邊臣掣肘誤國之故，於遼事獨詳，而公之竭誌畢命於遼事者，赤若燭照。”所收“皆奏疏、書啟、公文，所言皆軍政邊情。”因孫元化別號“水壹方人”，所以其文集作《水壹方人集》，後人稱此書為《孫中丞集》或《孫中丞遺集》，可惜已佚失。
方豪《中西交通史》記，《水壹方人集》有黃汝成序，說“所存者贊遼稿略，寧遠及扶登奏講數冊而已。”說是據《嘉定縣誌·藝文誌·史類》。查光緒《嘉定縣誌·藝文誌·史類》，只記徐時勉序，而無黃汝成序，錄此存疑，待考。
③奏疏
天啟二年（1622），孫元化上《備京》、《防邊》二策，受到同縣人吏科給事中侯震旸和樞臣孫承宗的賞識，侯薦舉孫元化，孫承宗要他襄贊軍務。二策是孫元化成名之作。
孫元化主張“富國必從正本，強國必以正兵”。所以，他曾上疏請求固本，加強農業。又上書解救副都禦史楊漣，楊因彈劾魏忠賢24大罪狀而下獄，孫因此獲罪，而被罷官。他關心國政民瘼，忠直無畏，由此可知。
崇禎初年，思宗誅魏忠賢，朝政壹新，孫元化復出，即上奏兵政十二事。（光緒《嘉定縣誌·人物誌》）
崇禎三年，孫元化上疏建言官軍進駐廣寧為根據地，漸次推進，恢復遼省，可惜未被朝廷采納。（同上）
同年，禮科給事中盧兆龍上疏反對徐光啟招募西兵、北上抗金的主張，孫元化支持徐光啟，上疏力爭，並請調西兵至登州。四年二月，盧又彈劾孫元化。孫疏文已不可得，其要旨可從盧奏疏中知之。（《崇禎長編》卷43） 孫元化有壹篇與王徵論交誼的小文留傳下來。崇禎五年，孫元化被打入死牢，受刑前數日，幕僚王徵到死牢探望，請他在絲帶上題字。此王徵與孫是教友，壹樣精通西學西器，又同懷愛民報國之誌。孫出任登萊巡撫，王放棄朝廷的高官不做，應孫之邀，到登州***事，結果同遇不幸，孫死刑，王罷官謫戍。孫在死牢見到至交，不勝感慨，乃書交誼始末，最後嘆息：“不意壹片癡腸，終成大夢，潦倒詔獄，臥廢已死。”此文寫得情真意切，感人肺腑，得以流傳。杜文凱《清代西人見聞錄》收錄此文，上海圖書館古籍部有杜書。方豪曾為此文註釋，發表在《真理雜誌》壹卷二期。
孫元化還為傳教士高壹誌《則聖十篇》作序。據方豪《中國天主教史人物傳》，知《則聖十篇》是部宣傳教義的書，天啟六年（1626）後刻於福州，確年不詳。
來華意大利傳教士畢方濟著《睡答》、《畫答》，亦稱《睡畫二答》，上海徐家匯藏書樓藏本署：“西海畢方濟著，雲間孫元化訂。”此書經孫元化編訂，出版刻於崇禎二年（1629）。（《中國天主教史人物傳·畢方濟》）