在孙云球 短暂的一生中，他制造的各类光学仪器达七十余种。这些仪器早已荡然无存，所幸的是《吴县志》在介绍孙云球时，提到了他所发明的一些仪器的名称，使我们得以窥其一斑。 在孙云球研制的光学仪器中，望远镜常被人们提及。他所研制的望远镜性能良好，据《吴门补乘》记载，浙江天台有一个名叫文康裔的人，患有严重近视，孙云球曾和他一道，登上虎丘山，用自制的望远镜眺望，看到苏州城内的楼台塔院近在眼前，清晰可辨；天平、灵岩、穹窿诸峰苍翠挺拔，历历在目。文康裔赞叹不已，视为神技。
另外，孙云球还为苏州眼镜业的发展做出了重要贡献。用以矫正视力的眼镜并非孙云球所发明，孙云球的贡献在于他创造性地采用水晶为原料，磨制成各种凹凸镜片，并根据近视、远视不同情况，“随目对镜”，使人们配到适合自己眼睛的镜片，“以年别者老少花，以地分者远近光”，从而使视力得到矫正。这种水晶眼镜在当时很引人注目，人们不惜出重资购买，苏州眼镜业也就在此基础上兴盛起来了。
孙云球还制有“存目镜”，用这种镜来观察物体，“百倍光明，无微不瞩”，能将极细小的东西，看得一目了然。这有可能是一块放大镜或一架简单的显微镜。考虑到单个放大镜在此之前已经存在，宋代已用水晶照物，明代已有“单照”，但那类放大镜很难达到此处所说的“存目镜”的效果。所以，孙云球所发明的存目镜，极有可能是一架简单显微镜，即具有较高放大倍数的凸透镜。
还有一种“万花镜”，“能化一物为数十者”，“能视一物化为数十”，这种镜会使一个像变成多个，有些类似于今天的万花筒。估计其结构是一种呈菱形折射的镜片，依靠光线的多次反射形成群像。
另外，“察微镜”也是孙云球的发明之一。如果说“存目镜”是一种简单显微镜的话，那么“察微镜”就应该是一种复合显微镜。对于孙云球来说，制造复合显微镜的技术障碍并不存在。因为他能够制造望远镜，在制造望远镜过程中，只要稍稍改变一下透镜的装置方法，望远镜就会变成一架复合显微镜。只是由于他英年早逝，加上中国当时科学状况的限制，这架显微镜在当时的科学研究中，未能发挥它应有的作用。
值得一提的还有“半镜”。这种“半镜”，不太可能是现代意义上的双焦点眼镜，它应该是一种半圆盘形的眼镜，即眼镜仅仅有下面半块透镜，佩戴者眺望远方时可以直接通过上部，不必借助镜片。这种形式的眼镜有时还能看到，它特别适应于老花眼之类视者使用。孙云球当时能制作出这种眼镜来，也是一个进步。
除了这些仪器之外，孙云球还磨制过多面镜、夜明镜、幻容镜、鸳鸯镜、放光镜、夕阳镜等等。这些仪器性能和用途各异，但均“巧妙不可思议”。孙云球还总结多年制镜经验，写成《镜史》一卷，他的母亲董如兰亲自为该书写序。这本书的问世，对后世光学仪器制造技术影响很大，可惜的是它后来失传了，使我们今日难以窥其全貌。
