Изученіе мореходнаго искусства ознакомило царя съ астрономіею, механикою и архитектурою. Онъ учился первой изъ сихъ наукъ въ 1697 г. у извѣстнаго роттердамскаго астронома Гартзукера и для наблюденій приказалъ себѣ выстроить небольшую обсерваторію на городскомъ валу въ Амстердамѣ. Въ Петербургѣ государь весьма часто проводилъ по нѣскольку часовъ вмѣстѣ съ графомъ Яковомъ Вадимовичемъ Брюсомъ въ Готторпскомъ глобусѣ, разсматривая обращеніе небесныхъ свѣтилъ, изображенныхъ на внутреннихъ онаго стѣнахъ. Въ 1715 году, по случаю солнечнаго затменія, онъ, для предупрежденія всякихъ толковъ, за мѣсяцъ до затменія издалъ объ этомъ указъ; построилъ надъ домикомъ, гдѣ былъ глобусъ, обсерваторію, и въ день затменія, приказавъ собраться на Царицынъ лугъ сенату, членамъ коллегій, канцелярскимъ служителямъ и особенно духовенству, провелъ тутъ цѣлый день, подводя каждаго къ трубѣ для наблюденій и объясняя причины видѣннаго явленія.
Искусный въ корабельной и въ военной архитектурѣ, Петръ имѣлъ также понятіе о гражданской. Почитаю излишнимъ говорить, сколь много способствовалъ онъ приращенію Петербурга, имъ самимъ основаннаго. Самъ составлялъ и чертилъ планы строимыхъ тутъ домовъ; любилъ, когда его приглашали къ закладкѣ оныхъ, и съ чистымъ, душевнымъ удовольствіемъ осушалъ заздравные кубки въ честь хозяина и архитектора, обыкновенно испиваемые въ такихъ случаяхъ.
Механика была одною изъ любимыхъ наукъ Петра. Онъ практически занимался ею въ Амстердамѣ у знаменитаго фанъ-деръ-Гейдена, трудился у него надъ дѣланіемъ часовъ и въ знакъ признательности оставилъ ему нѣсколько моделей своей работы. Вообще онъ былъ самый послушный и понятливый ученикъ, безъ ропота исполнялъ самыя трудныя порученія, переносилъ строгіе выговоры. Вотъ тому доказательство. Герцогу Марльборугу, находившемуся въ Голландіи въ 1697 году, хотѣлось видѣть Петра. Онъ пріѣхалъ нарочно изъ Ло въ Амстердамъ и явился для этого къ хозяину, у котораго царь былъ въ ученіи. Домъ сего мастера находился на берегу залива Эй; передъ окнами между плотниками работалъ Петръ. «Я назову его по имени», сказалъ мастеръ Марльборугу: «онъ оборотится и вы успѣете свободнѣе разсмотрѣть его». Въ это время нѣсколько человѣкъ пронесли на плечахъ большое бревно. «Петръ изъ Заандама, что жъ ты зѣваешь? поди помогать другимъ», продолжалъ мастеръ, обратясь къ царю. Государь тотчасъ всталъ, бросилъ топоръ и, подставивъ плечо свое подъ бревно, перенесъ его съ другими въ надлежащее мѣсто. Въ другой разъ, въ Заандамѣ (въ сентябрѣ того же года) случилось ему проходить мимо пильной мельницы. Петру показалось, что она дѣйствуетъ медленно; онъ хотѣлъ что-то въ ней поправить, но отъ того ли, что забылъ опустить щиты и тѣмъ остановить воду, или что захотѣлъ сдѣлать это слишкомъ поспѣшно, чуть не испортилъ колесъ и самъ не попалъ подъ оныя. «Лучше бы тебѣ оставаться въ своей Московіи, нежели пріѣзжать сюда мѣшаться не въ свое дѣло и причинять убытокъ честнымъ людямъ», сказалъ ему подоспѣвшій хозяинъ мельницы. Царь, не отвѣчавъ ни слова, ушелъ съ потупленнымъ взоромъ; но черезъ нѣсколько дней прислалъ мельнику богатый подарокъ съ просьбою быть къ нему впередъ снисходительнѣе.
Анатомія, медицина, а особенно хирургія и натуральная исторія также занимали досуги Петра. Онъ слушалъ курсъ первой изъ сихъ наукъ въ Амстердамѣ въ 1697 году у извѣстнаго своею ученостію профессора Рюйша; для избѣжанія толпы любопытныхъ, собиравшихся на городскихъ улицахъ, чтобы видѣть его, нанялъ для себя комнату въ гостиницѣ св. Петра, рядомъ съ домомъ профессора, и приказалъ на свой счетъ сдѣлать между сими двумя зданіями коридоръ, слѣды коего до сихъ поръ еще видны. Онъ купилъ у Рюйша его анатомическій кабинетъ, который вмѣстѣ съ собраніемъ аптекаря Себа составилъ собственный его кабинетъ натуральной исторіи (нынѣшній музей Императорской Академіи Наукъ). Раза два или три въ недѣлю Петръ посѣщалъ оный, пополнялъ тѣлами уродовъ, разными животными и растеніями, изъ коихъ нѣкоторыя находилъ самъ, и всегда присутствовалъ при анатомическихъ операціяхъ, дѣлаемыхъ въ его время въ Петербургѣ.
Любовь Петра къ хирургіи была слѣдствіемъ познаніи его въ анатоміи. Однажды, гуляя по масляному рынку въ Амстердамѣ, въ 1697 году, остановился онъ у лавки одного шарлатана, который дошелъ до такого совершенства, что рвалъ зубы ручкою чайной ложки, концомъ шпаги и т. и. Государь призвалъ его къ себѣ, велѣлъ ему повторить опыты своего искусства и, послѣ нѣсколькихъ уроковъ, не уступалъ уже своему учителю. Уроки сіи бралъ онъ въ трактирѣ подъ вывѣскою слона, на площади маслянаго рынка, и вмѣсто того, чтобъ получать по грошу съ тѣхъ, которые приходили къ нему рвать себѣ зубы, какъ это обыкновенно дѣлалось, онъ самъ платилъ имъ по шиллингу. Еще и теперь хранится въ музеумѣ Императорской Академіи Наукъ цѣлый мѣшокъ зубовъ, вырванныхъ самимъ государемъ.