برهن تقي الدين إلى أقصى حد أن الآلة تساعد على رؤية الأجسام البعيدة بالتفصيل عن طريق جلبها بشكل قريب جداً. كما أنه برهن أيضاً أنه كتب مؤلفاً بدائياً آخر يشرح فيه طريقة صنع هذه الآلة واستعمالها، ومقترحاً بأنه كان يخترعها لبعض الوقن قبل سنة 1574م. وعلى كل حال، لا يزال من غير المعروف إذا كان قد وظّف هذه الآلة أم لا لمشاهداته الفلكية اللاحقة في مرصد تقي الدين الفلكي الإسطنبولي منذ عام 1577م.

الانكساريات
في المجلد الثالث: الانكساريات، حلّل تقي الدين: «السؤال الأهم لإختلافات الضوء المار خلال تنقله في الأوساط ذات الكثافات المختلفة. يعني: طبيعة الضوء المنكسر، وطريقة حدوث الانكسار، وطبيعة الصور المتكونة من الضوء المنكسر». وجاءت نتائجه أيضاً قريباً من صياغة قانون سنل للجيوب، ولهذا لم يجد النسبة الثابتة الدقيقة بين جيب السطوح وزوايا الانكسار. ورغم كل ذلك، كان قادراً بدلاً من ذلك على عمل اكتشاف مهم آخر: اختراع المنظار الفلكي الأساسي البدائي، والذي وصفه بأنه آلة يجعل الأجسام التي تقع بعيدةً جداً تبدو قريبة إلى المشاهد، كما أنه إدعى أنه ألهم من قبل الأساطير التي تحرس برج الإسكندرية، حيث يقول:

«أنا جعلت البلورة التي لديها عدستين اثنتين تعرض بالتفاصيل الأجسام من مسافات بعيدة. وعندما ينظرون من إحدى الجانبين، يستطيع الناس أن يروا سفينة تبحر في البحر من بعيد. آلتي أنا تشابه تلك التي صنعها الإغريقيون القدماء ووضعوها في برج الإسكندرية».

الانعكاسيات

في المجلد الثاني: الانعكاسيات، زوّد تقي الدين: «البرهان التجريبي للانعكاس المستوي بصورة غير مخطط لها وبأقصى ما يمكن من الضوء الضروري؛ والصياغة الكاملة لقوانين الانعكاس؛ ووصف لبناء واستعمال الآلة النحاسية لقياس الانعكاسات من المرايا المستوية، والمرايا الكروية والأسطوانية، والمرايا المخروطية بغض النظر عما إذا كانت مقعرة أم محدبة».

الإبصار المباشر

في المجلد الأول: الإبصار المباشر، ناقش تقي الدين: طبيعة الضوء، ومصدر الضوء، وطبيعة انتشار الضوء، وكيفية حدوث النظر، وتأثير الضوء على العين والنظر. كما أنه وفّر أول تفسير مقنع لكيفية تركيب اللون، وبرهن بوضوح أن اللون يتكون كنتيجة انعكاس وانكسار الضوء، وتوصل تقي الدين إلى هذه النتيجة بمدة قرنين من الزمن قبل أن يأتي إسحق نيوتن ويؤكد هذه النتيجة. مثل الذين سبقوه من العلماء المسلمين كابن الهيثم والفارسي، دعم تقي الدين أيضاً نموذج مرور الضوء للإبصار، حيث ينعكس الضوء عن الأجسام نحو العين. في حين أن الذين سبقوه قاموا ببناء آلات مثل: الكاميرا المظلمة والكاميرا ذات الثقب لتوضيح نموذج مرور الضوء للإبصار، قام تقي الدين بدلاً من ذلك باستعمال مثالاً أبسط اسنوحاه من فيزياء الأجرام الفلكية لتوضيح نموذج مرور الضوء للإبصار. برهن أنه إذا كان الضوء خارجاً من العين فإنه سيستغرق فترةً طويلةً لرؤية النجوم، والتي تقع على بعد ملايين الكيلومترات عن الأرض. ثم بعد ذلك برهن أنه بما أن سرعة الضوء ثابتة، «فإنه سيستغرق وقتأ أطول بكثير للسفر نحو النجم ثم العودة مرةً أخرى إلى العين. ولكن ليست هذه هي الحالة، حيث أننا نرى النجم في اللحظة التي نطرف بها أعيننا. وعلى هذا فإن الضوء يجب أن يكون خارجاً من الجسم وليس من الأعين»

كتاب نور حدقة الإبصار ونور حقيقة النظر
في حوالي سنة 1574م، ألف تقي الدين كتاب: «نور حدقة الإبصار ونور حقيقة النظر»، كتاب في البصريات يحتوي التحقيقات التجريبية في ثلاث مجلدات: الإبصار، وانعكاس الضوء، وانكسار الضوء. يعالج الكتاب تركيب الضوء، وانتشاره، وانكسار الضوء الشامل، والعلاقة بين الضوء واللون. مثل الذين سبقوه في البصريات، ابن الهيثم (965-1039 وكمال الدين الفارسي (1267-1320اعتمد تقي الدين بشق النفس على التجربة العلمية لتحقيقاته. وصف تقي الدين محتويات كتابه: «نور حدقة الإبصار ونور حقيقة النظر» :

كما أنه قام بتحسين ساعة المشاهدة إلى حد أبعد، حيث وصف في كتابه: سدرة المنتهى، استخدام عجلة دوارة واحدة لتمثيل الوقت بالساعات، والدقائق والثواني. وصف ساعته المشاهدة بأنها «ساعة ميكانيكية بعجلة دوارة واحدة تري الوقت بالساعات، والدقائق، والثواني، كما قسمنا كل دقيقة إلى خمس ثواني». وصف تقي الدين اختراعه في كتاب: «جدول الإمبراطور في الآلات الميكيانيكية»- كما في التالي:

«الآلة التاسعة هي الساعة الفلكية. الجملة التالية تمت تسجيلها من قبل بطليموس:» سوف أكون قادراً على تأسيس أعظم إتساق في الوسيلة إذا كنتُ قادراً على قياس الوقت بدقة«. والآن جاء تقي الدين، بإرادة الله، فصمم الساعة الفلكية بأمر من السلطان، أدام الله أيامه. وإلى هذا الحد كنا قادرين على عمل ما كان يعجز عنه بطليموس». بالإضافة إلى ذلك، في كتاب «سدرة المنتهى»، أكمل تقي الدين يقول: «بنينا ساعة فلكية بعجلة دوارة واحدة، تظهر الوقت بالساعات والدقائق والثواني، وقسمنا كل دقيقة إلى خمس ثواني».

ساعة المشاهدة
ساعة تقي الدين الفلكية الميكانيكية، والتي سميت في كتابه: «الكواكب الدرية في وضع البنكمات الدورية» باسم ساعة المشاهدة، كانت أول ساعة تقيس الوقت بالدقائق. استخدم معرفته بالرياضيات لتصميم ساعة بثلاث عجلات دوراة وتظهرالوقت بالساعات، والدرجات، والدقائق.

فيما بعد حسن تصميم ساعة المشاهدة بحيث يقيس الوقت بالثواني في كتابه: «في شجرة نابك لتطرف الأفكار» والذي ألفه في مرصد تقي الدين الفلكي الأسطنبولي. وصف ساعة المشاهدة بأنها: ساعة ميكانيكية بثلاث عجلات دوراة والتي تظهر الوقت بالساعات والدقائق والثواني. وتعتبر هذه من أهم ابتكارات القرن السادس عشر في مجال علم الفلك العملي، حيث لم تكن الساعات السابقة دقيقة بما فيه الكفاية لاستخدامها في الأغراض الفلكية.

ساعة الجيب التي تدار بقوة ينبوع الماء:
ابتكر تقي الدين أيضاً أولى ساعات الجيب التي تدار بقوة اليبنوع، وذلك بعد فترة زمنية قصيرة من ابتكار ساعة شبيهة به من قبل بيتر هينلين في سنة 1524م. وكيفما كان ذلك، تعتبر ساعة تقي الدين أول ساعة يقيس الوقت بالدقائق، بواسطة تضمينها ثلاث عجلات دوراة للساعات، والدرجات والدقائق.

الساعة الفلكية المدارة بقوة ينبوع الماء:
في كتاب "الكواكب الدرية في وضع البنكمات الدورية، اخترع تقي الدين أول ساعة فلكية تدار بقوة الينابع. وهذه أيضاً كانت من أوائل الساعات الميكانيكية التي تدار بقوة الينبوع، وابتكرت تقريباً في نفس الزمن الذي ابتكر فيه بيتر هينلين الساعة أيضاً، أي في سنة 1556م.

الساعة المنبهة الميكانكية:
اخترعت أول ساعة ميكانيكية منبهة من قبل تقي الدين. وووصف الساعة المنبهة في كتابه: «الكواكب الدرية في وضع البنكمات الدورية»، وقد نشر سنة 1556 ميلادية أو 1559 ميلادية. كانت ساعته المنبهة قادراً على إصدار الصوت في الوقت المخصص، والذي كان يتحقق بواسطة وضع إسفين على عجلة القرص المدرج على الوقت الذي يرغب فيه المرء بسماع الساعة وكذلك بواسطة إنتاج جهاز قرع الجرس الآلي والذي يبدأ بالرنين على الوقت المخصص