此后，沈括又经过长期周密细致的研究，提出了一个彻底改革的方案，这就是他的《十二气历》。他首先讨论了置闰法。他说，置闰法是古代遗留下来的，本来不应议论。但是有许多事情古人不可能预见到，而有待于后世发现。只要所说的是真理，就不应该有什么古和今的区别。沈括肯定了事物运动变化具有规律性，反对盲从古人，认为学术思想应该不断有所发展，不能老是停留在前人的水平上。这些思想都是难能可贵的。
他接着讨论了历法中出现的“气朔相争”现象。认为产生这种现象的根本原因在于，一年有十二个月，一月有二十九天，两者互除不尽。虽有闰月的方法来进行调节，但“闰生于不得已”，是一种无可奈何的补救方法，不能根本解决问题。他得出结论说，寒去暑来，万物生长衷亡的变化，主要是按照二十四节气进行的，而月亮的圆缺与一年农事的好环并没有很大关系。以往的历法仅仅根据月亮的圆缺来定月份，节气反而降到了次要地位，这是不应该的。正是从以上考虑出发，他提出了经纯阳历取代阴阳合历的建议，这就是《十二气历》。沈括指出，只有纯阳历才能把节气固定下来，从而更好地满足农业生产对历法的需要。
