เมื่อพระบาทสมเด็จพระเลิศหล้านภาลัยประชวรหนักปลายรัชกาลนั้น พระเจ้าลูกยาเธอ กรมหมื่นเจษฎาบดินทร์ พระราชโอรสองค์โตที่ประสูติก่อนขึ้นครองราชย์ มีพระชนมายุ ๓๗ พรรษาแล้ว และเป็นหัวเรี่ยวหัวแรงของพระราชบิดาในการว่าราชการมาตลอด ส่วนเจ้าฟ้ามงกุฎสมมติวงศ์ ซึ่งเป็นพระราชโอรสที่ประสูติจากสมเด็จพระบรมราชินี มีสิทธิ์ในราชบัลลังก์มากกว่าผู้ใดนั้น เพิ่งมีพระชนม์ครบ ๒๐ พรรษา ฉะนั้นก่อนที่จะสวรรคตเพียง ๑๕ วัน พระบาทสมเด็จพระพุทธเลิศหล้านภาลัยก็โปรดให้เจ้าฟ้ามงกุฎฯทรงผนวชอย่างเร่งรัด ราชบัลลังก์จึงตกเป็นของกรมหมื่นเจษฎาบดินทร์ที่ทรงได้รับความเชื่อถือจากพระบรมวงศานุวงศ์และขุนนางข้าราชการอย่างพร้อมเพรียง
เจ้าฟ้ามงกุฎฯได้ครองเพศบรรพชิตอยู่ยาวนานถึง ๒๗ ปีตลอดรัชกาลที่ ๓ ทรงธุดงค์ไปทั่วประเทศ ได้ทอดพระเนตรชีวิตความเป็นอยู่ของผู้คนในหัวเมือง หมู่บ้าน ตลอดจนในป่าเขาลำเนาไพร ขณะเดียวกันก็ทรงใฝ่หาความรู้ ทรงศึกษาภาษาอังกฤษและทรงสั่งหนังสือพิมพ์รายวันของต่างประเทศเข้ามาศึกษา แม้จะใช้เวลาเดินทางมาถึง ๒ เดือน เป็นข่าวล่าไปบ้าง แต่ก็ทรงทราบถึงเหตุการณ์ของโลกภายนอก และเห็นภัยทะมึนของลัทธิล่าอาณานิคมกำลังโหมเข้ามาใกล้ประเทศแล้ว
ในปลายรัชกาลที่ ๓ อังกฤษได้ส่ง เซอร์เจมส์ บรูค เข้ามาขอแก้สนธิสัญญาการค้า ขอให้ยกเว้นภาษีมากมาย ที่ยังยอมให้เก็บก็ขอให้เก็บในราคาต่ำ ขอให้ยกเลิกการห้ามนำข้าวออก และยกเลิกการห้ามนำฝิ่นเข้า ให้ลดค่าปากเรือลงเหลือศอกละ ๕๐๐ บาท จากที่เก็บอยู่ ๑,๗๐๐ บาท ที่สำคัญคือขอตั้งสถานกงสุลและให้คนในบังตับอังกฤษอยู่ใต้กฎหมายอังกฤษ
ฝ่ายไทยได้ปฏิเสธข้อเรียกร้องของอังกฤษทุกข้อ โดยให้เหตุผลว่า การยกเลิกส่งข้าวออกนอกประเทศนั้น ไทยเราจำเป็นต้องกินข้าว เมื่อสะสมได้พอกินถึง ๓ ปีแล้วที่เหลือก็ให้นำออกได้ การเก็บภาษีในอัตรานี้ ก็ได้อนุโลมตามความประสงค์มาครั้งหนึ่งแล้ว ส่วนที่ขอตั้งสถานกงสุลนั้น ปีหนึ่งๆมีเรืออังกฤษเข้ามาค้าขายไม่เกิน ๔ ลำ จึงไม่เห็นความจำเป็นที่จะต้องตั้ง
เมื่อเซอร์เจมส์ บรูคกลับไปถึงสิงคโปร์แล้ว ได้ทำรายงานเสนอเสนาบดีกระทรวงต่างประเทศอังกฤษ พร้อมขอให้รัฐบาลอังกฤษจัดการเด็ดขาดกับไทยหลายข้อ เช่น
“ข้อ ๑๒. ถ้าหากรัฐบาลสยามไม่ยอมตามคำเรียกร้องของเรา ก็ขอได้ส่งกองทหารเข้าบุกทำลายป้อมปราการในแม่น้ำและยึดพระนครไว้ เราก็จะได้เข้าสู่ตำแหน่งบังคับบัญชาการต่างๆ สิ่งไม่ดีขัดผลประโยชน์ของเราในอดีต เราก็ฟื้นฟูจัดรูปเสียใหม่ให้เป็นประโยชน์ขึ้น เราก็จะประสบสันติและเสวยสุขจากการค้าขายของประเทศนี้ ซึ่งกำลังเติบโตและสำคัญยิ่งขึ้นทุกวัน”
เมื่อเซอร์เจมส์ บรูคกลับออกไปด้วยความไม่พอใจแล้ว ก็มีข่าวลือว่าอังกฤษจะบุกไทย มีการสร้างป้อมเพิ่มที่ปากน้ำเจ้าพระยาและในพระนคร มีการต่อเรือลาดตระเวนเพิ่มอีก ๑๒ ลำ และเตรียมอาวุธป้องกันตัวเต็มที่ ขณะเดียวกันก็จับคนที่ไปเป็นคนใช้หรือสอนภาษาให้คนอังกฤษ จนเกิดการปั่นป่วนไปทั่วพระนคร
เมื่อพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัวประชวรหนักแล้ว ได้มีการทูลเชิญเจ้าฟ้ามงกุฎฯซึ่งทรงเป็นเจ้าอาวาสวัดบวรนิเวศขึ้นครองราชย์ เจ้าฟ้ามงกุฎฯตรัสว่า ถ้าจะถวายราชสมบัติให้พระองค์ ก็ขอให้ถวายแก่ กรมขุนอิศเรศรังสรรค์ พระอนุชา ด้วย เมื่อพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัวสวรรคต ราชสมบัติจึงได้แก่ พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเข้าอยู่หัว และ พระบาทสมเด็จพระปิ่นเกล้าเจ้าอยู่หัว ซึ่งนับเป็นกษัตริย์ไทยพระองค์แรกที่พูดเขียนภาษาอังกฤษได้คล่องแคล่วทั้งสองพระองค์
ทันทีที่พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวขึ้นครองราชย์ พระราชกรณียกิจเกี่ยวกับการต่างประเทศประการแรกก็คือ มีพระบรมราชโองการให้ประกาศลดค่าระวางปากเรือเหลือวาละ ๑,๐๐๐ บาท ให้นำข้าวสารออกนอกประเทศได้ ส่วนฝิ่นนั้นไม่ทรงเห็นทางที่จะขัดขวางความต้องการของอังกฤษ จึงทรงอนุญาตให้นำเข้าในพระราชอาณาจักรได้ แต่ต้องขายให้รัฐบาลเท่านั้น เพื่อรัฐบาลจะควบคุมการจำหน่ายได้ ส่วนเรื่องการขอตั้งสถานกงสุล ทรงมีพระราชหัตถเลขาถึง นายพันเอกบัตเตอร์เวิธ ผู้ว่าราชการเกาะปีนัง ให้แจ้งเซอร์เจมส์ บรูคด้วยว่า พระเจ้าแผ่นดินองค์ใหม่จะโปรดฯให้แก้ไขสนธิสัญญากับอังกฤษ และให้ตั้งสถานกงสุลได้ตามประสงค์ แต่ขอผลัดให้ถวายพระเพลิงพระบรมศพพระเชษฐาก่อนจึงค่อยส่งทูตเข้ามา
หลังจากนั้น กองเรือรบอังกฤษที่มุ่งมาตะวันออก ก็บ่ายหน้าไปพม่า
พระปรีชาญาณในการอ่านพฤติกรรมชาวตะวันตก
พระราชกรณียกิจที่สำคัญยิ่งในสมัยรัชกาลที่ ๔ ก็คือการปรับประเทศให้ทันสมัย ซึ่งมีจุดมุ่งหมายอยู่ที่ “รู้จักและส้องเสพย์กฎหมายและธรรมเนียมอันดีๆในบ้านเมือง” เพื่อตอบโต้ภัยจากจักรวรรดินิยมตะวันตก ซึ่งมักจะอ้างว่าประเทศในตะวันออกยังป่าเถื่อน ต้องมาช่วยปกครองให้เจริญก้าวหน้าเหมือนตน ถ้าเราไม่พัฒนาตนเองให้เป็นอารยะชาติหนึ่งได้ ก็จะถูกเบียดเบียนจนสิ้นอิสรภาพ ซึ่งพระราชหัตถเลขาตอนหนึ่งที่มีไปถึง พระพิเทศพานิช กงสุลสยามประจำเมืองสิงคโปร์ เมื่อ พ.ศ.๒๔๐๘ แสดงให้เห็นพระปรีชาญาณในการหยั่งรู้ท่าทีและทัศนคติของมหาอำนาจ จนสามารถนำชาติรอดพ้นจากการตกเป็นอาณานิตมมาได้ ความว่า
“...ตามสืบรู้การข้างยุโรปฯ ข้าฯก็หาสู้เข้าใจถนัดไม่ ได้ยินว่าแอมเปเรอเข้าไปเบียดเบียนรุกรานเมืองอื่นๆใกล้เคียง อย่างที่แผ่นดินออสเตรียและแผ่นดินอิตาลีอื่นๆเป็นหลายตำบล ก็ได้ยินว่าอังกฤษและเมืองอื่นๆแต่งหนังสือไปทักท้วงบ่นว่าเล็กน้อย แล้วก็เลิกไป อย่าง ที่มิกฉิโก (เมกซิโก) ข้างอเมริกาแอมเปเรอก็ไปทำโตใหญ่ วุ่นวายเปนนักเปนหนา ชาวอเมริกาฤาชาวยุโรปก็หามีใครว่าขานโต้ทานประการใดไม่ เขากลัวกันฤาเขาเกรงใจกันฤาเขาคิดอ่านยกยอปลูกฝังกันอย่างไร ก็ไม่รู้ไม่เข้าใจด้วยเลย ก็การข้างยุโรปข้างอเมริกาเป็นเมืองไกลตาไกลวิไสย ถึงจะเอามาคิดเป็นอย่างก็ใช้ไม่ได้ เพราะข้างชาวยุโรปเขาเข้าใจว่าเป็นคนเหมือนกัน ฝ่ายพวกเรานั้นชาวยุโรปเขาคิดว่าเหมือนหนึ่งสัตว์ป่า สัตว์เถื่อน ลิงค่างแลไรๆ เหนไม่มีใครจะตัดสินยุติธรรมให้ เหมือนกับคนเหนคนไปตีต้อนไล่สัตว์ป่า ถึงตัวไม่ทำด้วยก็อุเบกขาเป็นใจกลาง...”
ไม่โปรดการไว้ยศยอยศ
จากการที่ทรงผนวชมาเป็นเวลานานและธุดงค์ไปทั่วประเทศ ต้องคลุกคลีกับสามัญชน ทำให้ทรงเมตตาต่อราษฎรอย่างแท้จริง ทรงเห็นว่าโบราณราชประเพณีบางอย่างควรจะเปลี่ยนแปลงได้แล้ว จึงเกิดสิ่งที่ “ทันสมัย” ขึ้นหลายอย่างในรัชกาลนี้ อย่าง “ชุมนุมพระบรมราชาธิบายในรัชกาลที่ ๔” ตอนหนึ่งกล่าวว่า
“...กฎหมายเดิมแข็งนักไม่มีผู้ใดกล้าล่วงมานาน เจ้าพนักงานจึงเลินเล่อ เพราะความเลินเล่อของเจ้าพนักงานการล่วงเกินจึงกลับมีขึ้น ยังมีเหตุอีกอย่างหนึ่งเป็นใหญ่แก้ไขยาก เพราะในหลวงไว้ยศมากนัก คนทั้งปวงก็ยอยศในหลวงให้มากนักเกินวิสัยมนุษย์ไป ในหลวงเดินทางไหนก็เดินอยู่ทางเดียว นั่งอยู่ที่ไหนก็นั่งอยู่แห่งเดียว แล้วก็ไว้กิริยาเป็นผู้ใหญ่ไต่สูงปึ่งชามากนัก ไม่ใคร่จะเล่นจะหัวกับใคร ไม่ให้ใครนั่งใกล้ ส่วนคนทั้งปวงก็หมอบเฝ้าอยู่แต่ไกลๆ ทูลได้แต่ดังๆ คอยฟังพระราชโองการมาณพระบัณฑูรสุรสิงหนาทอยู่แต่ห่างๆ เมื่อจะตรัสพระสุรเสียงก็โว่งว่างวางสิงหนาทตวาดแหว ไล่แส้สนั่นลั่นกึกก้องพระโรงไชย จนผู้หมอบเฝ้าอยู่แต่ไกลๆทูลได้แต่ดังๆฟังไม่ใคร่จะได้ยินถนัด เมื่อตรัสอย่างหนึ่งได้ยินอย่างหนึ่งก็มี เมื่อมีข้อคดีเหตุการณ์หรือกิจราชการใดๆควรจะกราบทูลให้ทราบ จะกราบทูลได้ก็ยาก ผู้น้อยต้องคอยผู้ใหญ่ ไพร่ต้องคอยผู้ดี ต้องคอยช่องคอยโอกาส คอยท่วงคอยที ลางทีต้องหาหมอดูหาฤกษ์หายาม ใบบอกมาแต่หัวเมืองหรือเรื่องราวคดีถ้อยความที่ควรจะกราบทูล เจ้าพนักงานก็แก้ไขเล่าเก็บเอาแต่ความที่ควรขึ้นกราบทูลพระกรุณา รายการรายงานสารพัดทุกอย่างที่กราบทูลอยู่แทบทุกวันนั้น ก็มีคำเท็จคำมุสาเป็นพื้นไป...แลพระองค์เองด้วยความไว้ยศมากนัก ก็มายอมเป็นเช่นพระประธานขัดสมาธินั่งแท่นสูงอยู่ในพระอุโบสถตั้งแต่แรกก่อหรือแรกหล่อแรกตั้ง มาจนวันทำลายสาบสูญไป ไม่ได้ออกไปนอกพระอุโบสถเลย ไม่ได้นั่งใกล้ใครเลย ถึงผู้ไปมาไหว้กราบก็อยู่แต่ไกลๆ พระเนตรลืมโปนอยู่ก็ไม่เห็นอะไร พระกรรณห้อยถึงพระอังสาก็ไม่ได้ยินอะไร ก็ด้วยเหตุที่เป็นอย่างนี้ ก็เป็นที่เลินเล่อโลเลรอบไป ก็กฎหมายมณเฑียรบาลว่าแข็งแรงนั้น ก็เป็นแต่ของโบราณเขียนไว้ โดยได้อ่านบ้างหรือได้ฟังบ้าง ก็เป็นแต่บ่นกันออออว่ากฎหมายเก่าของท่านแรงหนอเท่านี้ ไม่มีใครถือตามมานานแล้ว...”
ไม่ถือพระเจ้าแผ่นดินเป็นเจ้าของแผ่นดินทั้งประเทศ
ตามธรรมเนียมมาแต่โบราณถือว่า แผ่นดินทั้งพระราชอาณาจักรเป็นของพระเจ้าแผ่นดินแต่เพียงผู้เดียว ผู้ที่ถือโฉนดที่ดิน ก็เพียงแต่แสดงว่าพระเจ้าแผ่นดินอนุญาตให้ใช้เท่านั้น ไม่ได้เป็นเจ้าของ โปรดให้มีพระราชบัญญัติว่าด้วยราคาที่ดินในปี พ.ศ.๒๓๙๙ และต่อมาในปี พ.ศ.๒๔๐๓ ทรงมีรับสั่งว่า
“...ตั้งแต่นี้ต่อไป ถ้าพระเจ้าแผ่นดินจะต้องพระราชประสงค์ที่บ้านเรือน นา สวน พระราชทานให้เป็นวัง บ้าน สวน นา แก่พระบรมวงศานุวงศ์แลข้าทูลละอองธุลีพระบาทฝ่ายหน้าฝ่ายในซึ่งมีความชอบ ฤาทรงพระราชศรัทธาทรงสร้างพระอารามหลวงในที่แห่งใด ตำบลใด ฤาจะพระราชทานให้ผู้ใดก็ดี...ให้เอาเงินในพระคลังมหาสมบัติสำหรับแผ่นดิน ซื้อที่บ้านเรือน นา สวน พระราชทานแก่พระบรมวงศานุวงศ์แลข้าทูลละอองพระบาทฝ่ายหน้าฝ่ายใน...”
กำจัดพระนักเลง พระอลัชชี และพระหากิน
ทรงทำนุบำรุงพระพุทธศาสนา โดยกวดขันความประพฤติของภิกษุสามเณรให้อยู่ในพระธรรมวินัย และเป็นผู้นำทางให้สังคมด้วยการเป็นผู้อธิบายความหมายของหลักธรรมในศาสนา และชักจูงให้ชาวบ้านปฏิบัติตามหลักศีลธรรม โดยมีประกาศพระราชบัญญัติเรื่องพระสงฆ์สามเณรลักเพศ พ.ศ.-๒๔๐๔ ไว้ว่า
“...พระสงฆ์สามเณรทุกวันนี้มักประพฤติการนักเลง แปลงเพศเป็นคฤหัสถ์ไปเล่นเบี้ย เล่นไพ่ แลสูบฝิ่นกินสุรา ถือศัสตราวุธเที่ยวกลางคืน ชุมชุมมากขึ้นจับได้มาเนืองๆ ครั้นแปลงเพศมาถึงกุฏิแล้วก็สำคัญใจว่าตัวไม่ได้ปลงสิขาบท กลับเอาผ้าเหลืองนุ่งห่มเข้าตามเพศเดิม การที่ถือใจว่าไม่ได้ปลงสิขาบทกลับห่มผ้าเหลืองนั้น เป็นความในใจจะเชื่อถือเอาไม่ได้ ฝ่ายคฤหัสถ์ที่แปลงเพศเป็นภิกษุที่เข้าสังฆกรรมในคณะสงฆ์นั้น ตามพระวินัยบัญญัติก็มีโทษห้ามอุปสมบท เพราะฉะนั้นตั้งแต่นี้สืบไป พระสงฆ์สามเณรรูปใดๆแปลงเพศเป็นคฤหัสถ์ปลอมไปเล่นเบี้ย เล่นไพ่ และสูบฝิ่นกินสุรา ถืออาวุธเที่ยวกลางคืน อย่างใดอย่างหนึ่งที่กล่าวห้ามไว้นั้น มีผู้จับตัวมาได้ หรือสึกแล้วยังไม่พ้นสามเดือน มีใครเขาฟ้องกล่าวโทษ พิจารณาเป็นสัจแล้ว จะให้สักหน้าว่าลักเพศภิกษุ ลงพระราชอาญาเฆี่ยน ๒ ยก ๖๐ ที ส่งตัวไปเป็นไพร่หลวงโรงสี...”
“...ทรงพระราชดำริเห็นว่า ภิกษุสามเณรทุกวันนี้ บวชอาศัยพระศาสนาอยู่เพื่อลาภสักการต่างๆ ไม่บวชด้วยความเลื่อมใสในพุทธสิขาบท ภิกษุสามเณรทุกวันนี้เป็นอลัชชี ประพฤติความชั่วนั้นต่างๆจนถึงเป็นปราชิก ภิกษุสามเณรทำเมถุนธรรมได้โดยง่ายนั้น เป็นเหตุให้ภิกษุสามเณรไปหาผู้หญิงชาวบ้านนั้นโดยง่ายอย่างหนึ่ง ผู้หญิงชาวบ้านไปหาภิกษุสามเณรที่กุฏิอย่างหนึ่ง...ให้พระราชาคณะเอาใจใส่ภิกษุสามเณร อย่าให้ผู้หญิงขึ้นพูดจาบนกุฏิเป็นอันขาด...”
“...ทุกวันนี้คนพาลอายุเกินอุปสมบทหลีกหลบเข้าบวชเป็นเถรเป็นเณร อาศัยวัดทำการทุจริตหยาบช้าต่างๆ มีเป็นอันมาก แต่ที่กุลบุตรบวชเป็นสามเณรตั้งแต่อายุยังอยู่ในทารกภูมิไปจนถึงอายุได้ ๒๑ ปี ควรที่จะอุปสมบทเป็นพระภิกษุ แม้นมีความขัดข้องด้วยเหตุอันใดอันหนึ่ง มิได้อุปสมบท ก็ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯให้เป็นสามเณรไปอีก ๓ ปีจนถึงอายุ ๒๔ ปี ถ้าพ้นไปกว่านั้น ไม่อุปสมบทก็ให้สึกเสีย เป็นคฤหัสถ์จะได้รับราชการแผ่นดิน ห้ามอย่าให้บวชเป็นเถรเป็นเณรสืบไปอีกกว่านั้น อนึ่งถ้าภิกษุชราอายุถึง ๗๐ ปีแล้ว จะหากินเลี้ยงชีวิตในฆราวาสนั้นขัดสน จะบวชเป็นเถรเป็นเณรพอได้บิณฑบาตฉันเลี้ยงชีวิตโดยง่าย ก็จะได้หักบัญชีคฤหัสถ์ ห้ามแต่อายุกว่า ๒๔ ปีขึ้นไปจนถึง ๗๐ ปี มิให้บวชเป็นเถรเป็นเณรในระหว่างนั้นเป็นอันขาดทีเดียว...”
ให้เสรีภาพในการเลือกนับถือศาสนาด้วยปัญญา
ในสมัยรัชกาลที่ ๓ เมื่อครั้งพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ่อยู่หัวยังทรงเป็น วชิรณาณภิกษุ อยู่นั้น ทรงตั้งคณะสงฆ์นิกายธรรมยุติขึ้น อันผิดแผกจากนิกายเดิมคือมหานิกาย หน้าที่สำคัญของพระธรรมยุติคือ จะต้องศึกษาหาความรู้อันถ่องแท้เกี่ยวหับพระไตรปิฎก คือการศึกษาพระธรรม และไม่นำความเชื่อไสยศาสน์มาเกี่ยวข้องกับพระพุทธศาสนา
นอกจากทรงทำนุบำรุงพระพุทธศาสนาแล้ว ยังได้ทรงพระราชทานพระบรมราชูปถัมภ์เผื่อแผ่ไปถึงศาสนาอื่นด้วย และสิ่งหนึ่งที่มองข้ามไม่ได้คือการให้เสรีภาพในการถือศาสนา และทรงแนะให้ใช้เหตุผลในการเลือกถือศาสนา โดยมีข้อความในประกาศมหาสงกรานต์ใน พ.ศ.๒๔๑๑ ตอนหนึ่งว่า
“อนึ่งการแสวงหาแลถือศาสนา ซึ่งจะเป็นที่พึ่งของคนในชาตินี้ ก็เป็นการดีสมควรเป็นที่ยิ่งแล้ว ควรที่ท่านทั้งปวงทุกๆคนจะตริตรองใคร่ครวญด้วยปัญญาตนเอง เมื่อเห็นคุณประจักษ์ว่าศาสนาใด ในหมู่ใดพวกใด เป็นที่พึ่งได้ควรแก่ปัญญาแล้ว ก็จงถือแลปฏิบัติตามศาสนานั้นโดยน้ำใจตนเอง อย่าถือด้วยการตื่น การเกณฑ์ แลการเล่าลือ แลว่าธรรมเนียมเคยถือสืบๆมา หรืออาการที่ไม่เห็นว่ามาขู่ให้กลัว ให้ดีใจ ก็อย่ามีความพิศวงต่อเหตุต่างๆแล้วถือตามทำตาม เมื่อได้ที่พึงนับถืออันงามดีควรแล้ว จงประกอบความเลื่อมใสให้มากจึงปฏิบัติตาม ก็จะมีความเจริญแก่ตนทุกๆคนนั้นแล...”
องค์บิดาแห่งวิทยาศาสตร์ไทย
พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงมีความเชี่ยวชาญทางด้านดาราศาสตร์เทียบเท่านักดาราศาสตร์สากลในยุคนั้น หนังสือของชาวต่างประเทศที่เขียนถึงพระองค์ในสมัยนั้น มักจะเขียนเกี่ยวกับเรื่องการทดลองและการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ของพระองค์ เช่นเกี่ยวกับเรื่องวัดดาว วัดพระอาทิตย์ และทรงศึกษาแผนที่ ตลอดจนบรรยายสภาพในเขตพระราชฐานว่าเต็มไปด้วยเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์
เรื่องที่แสดงให้เห็นพระปรีชาสามารถในทางวิทยาศาสตร์อย่างเด่นชัด ก็คือเรื่องที่ทรงคำนวณสุริยุปราคาเต็มดวงใน พ.ศ.๒๔๑๑ ได้ถูกต้องแม่นยำยิ่งกว่านักดาราศาสตร์ชาวยุโรป จนเป็นเรื่องที่เลื่องลือไปทั่ว ได้ทรงประกาศล่วงหน้ามา ๒ ปีแล้วว่า จะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงในวันที่ ๑๘ สิงหาคม ๒๔๑๑ โดยเส้นศูนย์ของสุริยุปราคาจะอยู่ระหว่างแลตติจูด ๑๑ องศา ๓๘ ลิปดาเหนือ กับลองติจูด ๙๙ องศา ๓๙ ลิปดาตะวันออก บริเวณที่เห็นสุริยุปราคาเต็มดวงนานที่สุด จะอยู่ที่หว้ากอ ประจวบคีรีขันธ์ จากเกาะจานขึ้นมาถึงปราณบุรี และลงไปถึงชุมพร ทั้งยังทรงระบุเวลาที่เงาของดวงจันทร์เริ่มเข้าบดบังดวงอาทิตย์ เวลาที่จับเต็มดวง จนเวลาที่คลายออกทั้งหมด ทรงเชิญนักวิทยาศาสตร์ต่างชาติและทูตานุทูตมาร่วมสังเกตการณ์ ซึ่งก็เท่ากับว่าเป็นการท้าพิสูจน์ หากไม่เป็นไปตามที่ทรงคำนวณ ก็จะเป็นการเสียพระเกียรติอย่างยิ่ง นับว่าทรงมีความเชื่อมั่นและกล้าหาญอย่างมาก
นักดาราศาสตร์ฝรั่งเศสก็ให้ความสนใจที่จะได้เห็นสุริยุปราคานานที่สุดในรอบ ๓๐๐ ปีครั้งนี้ แต่จะตั้งค่ายในเวียดนาม ต่อมาย้ายไปมะละกา เสียค่าเตรียมงานไปมาก ในที่สุดก็เห็นว่าไม่มีที่ใดเหมาะสม จึงกราบทูลขอเข้ามาร่วมด้วย ทรงสร้างค่ายให้ฝรั่งเศสใต้ค่ายหลวงลงไป ๑๘ เส้น นักวิทยาศาสตร์ฝรั่งเศสมากันเป็นขบวนใหญ่ มีกล้องมาถึง ๕๐ กล้อง
ปรากฏว่า สุริยุปราคาครั้งนี้จับหมดดวงนาน ๖ นาที ๔๕ วินาทีก็เริ่มคลาย มีแสงสว่างพุ่งแปลบออกมาจากดวงอาทิตย์ จนคลายทั้งดวงในเวลา ๑๑ นาฬิกา ๓๗ นาที ๔๕ วินาที เกินที่ทรงคำนวณไป ๑ นาที ซึ่ง เซอร์แฮรี ออด ผู้สำเร็จราชการสิงคโปร์ของอังกฤษ ได้บันทึกไว้ว่า
“พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงพระสำราญมาก เพราะการคำนวณเวลาสุริยุปราคาของพระองค์ได้พิสูจน์แล้วว่าถูกต้องอย่างที่สุด ถูกต้องกว่าที่ชาวยุโรปได้คำนวณไว้”
แต่พระเกียรติคุณอันกึกก้องของพระองค์ในครั้งนี้ ก็ทรงแลกมาด้วยพระชนม์ชีพ ขณะเสด็จพระราชดำเนินกลับนั้น พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวก็ทรงประชวรด้วยเชื้อไข้ป่าที่ได้รับจากหว้ากอ เมื่อมาถึงกรุงเทพฯก็ยังไม่ทุเลา ทรงต่อสู้กับโรคร้ายตามความเชื่อของพระองค์ จนถึงวันที่ ๑ ตุลาคม ๒๔๑๑ ตรงกับวันเพ็ญเดือน ๑๑ ซึ่งเป็นวันประสูติ จึงเสด็จสวรรคตในวันประสูติตามแบบพระพุทธเจ้า
คนไทยโชคดีที่มีกษัตริย์รู้ภาษาอังกฤษในช่วงสถานการณ์วิกฤติ
สมัยรัตนโกสินทร์ตอนต้น ก่อนรัชกาลที่ ๔ นั้น เราไม่ค่อยรู้เรื่องราวของโลกภายนอกมากนัก มีแต่คำบอกเล่าจากคนจีนและคนมลายูที่แล่นสำเภาเข้ามาค้าขาย ซึ่งคนพวกนี้ก็ไม่ได้รู้อะไรมากนัก ทั้งการถ่ายทอดทางภาษายังคลาดเคลื่อน แม้มหาภัยจากการล่าอาณานิคมเคลื่อนทะมึนเข้ามาแล้ว เราก็ยังอยู่ในโลกมืด ไม่รู้ว่าโลกภายนอกได้เกิดอะไรขึ้นบ้าง
จะเรียกว่าเป็นความโชคดีอย่างหนึ่งก็ว่าได้ ที่ เจ้าฟ้ามงกุฎสมมติวงศ์ ยังไม่ได้ขึ้นครองราชย์ต่อจากรัชกาลที่ ๒ ทรงมีเวลาเตรียมพระองค์ถึง ๒๗ ปีก่อนจะขึ้นครองราชย์เป็นรัชกาลที่ ๔ ทรงให้เปิดสอนภาษาอังกฤษขึ้นเป็นครั้งแรกที่วัดบวรนิเวศขณะที่ทรงเป็นเจ้าอาวาส โดยขอให้มิชชันนารีอเมริกันเป็นผู้สอน ซึ่งนอกจากพระองค์จะทรงศึกษาเองแล้ว ยังมีคนหนุ่มหัวใหม่มาเรียนด้วยอีกหลายคน ซึ่งคนเหล่านี้ได้เป็นกำลังสำคัญเมื่อทรงขึ้นครองราชย์
นายแพทย์เจสซี คาสแวล รับเป็นผู้สอน แต่ไม่ขอรับค่าจ้าง กลับทูลวัดใจขอเปิดสอนศาสนาคริสต์ขึ้นที่วัดบวรฯเป็นการตอบแทน “ทูลกระหม่อมพระ” ก็พระทัยถึง ประทานอนุญาตให้ใช้ศาลาที่ด้านหน้าเป็นที่สอน ซึ่งนอกจากจะแสดงถึงความใจกว้างของศาสนาพุทธ ไม่ถือว่าศาสนาอื่นเป็นคู่แข่งที่จะต้องกีดกันแล้ว ยังแสดงถึงเสรีภาพในการนับถือศาสนาในประเทศไทยอย่างแท้จริง
เมื่อศึกษาจนสามารถอ่าน เขียน พูด ได้แล้ว หลายคนก็เปิดหน้าต่างให้แสงจากโลกตะวันตกส่องเข้ามา ด้วยการสั่งหนังสือวิชาการต่างๆมาศึกษาด้วยตนเองตามความสนใจของตน อย่าง “เจ้าฟ้าน้อย” กรมขุนอิศเรศรังสรรค์ ซึ่งต่อมาคือ พระบาทสมเด็จพระปิ่นเกล้าเจ้าอยู่หัว กษัตริย์คู่ในรัชกาลที่ ๔ ทรงสนใจวิชาทหาร สั่งตำราปืนใหญ่เข้ามาศึกษา จนนิพนธ์ตำราปืนใหญ่ให้ทหารไทยศึกษาต่อ พระยาศรีสุริยวงศ์ ซึ่งก็คือ สมเด็จเจ้าพระยาบรมมหาศรีสุริยวงศ์ ผู้สำเร็จราชการแผ่นดินในรัชกาลที่ ๕ กางตำราต่อเรือกลไฟแบบฝรั่งที่จันทบุรีในขณะที่มีอายุเพียง ๒๗ ปี ซึ่งเป็นเรือกลไฟลำแรกที่ต่อในไทย และยังต่อเรือรบใช้ในราชการอีกหลายลำ
ส่วน “ทูลกระหม่อมพระ” นอกจากจะทรงพบปะสนทนาแลกเปลี่ยนความคิดเห็นกับชาวตะวันตกแล้ว ยังทรงสั่งหนังสือพิมพ์ภาษาอังกฤษเข้ามา ทำให้ทรงทราบเหตุการณ์ของโลก จนปรับตัวรับสถานการณ์ได้ทัน
เมื่อขึ้นครองราชย์ บรรดามิชชันนารีได้นำพระเกียรติคุณเผยแพร่ไปในนานาประเทศ ทำให้นักเรียนในยุโรป อเมริกา และเอเชีย เขียนจดหมายมาทูลถามความรู้เกี่ยวกับประเทศสยาม ซึ่งก็ทรงมีพระราชหัตถเลขาตอบด้วยพระองค์เอง ซึ่งลายพระราชหัตถเลขาประเภทนี้ ยังหลงเหลืออยู่ในปัจจุบันอีกหลายฉบับ เป็นเอกสารที่มีค่าทางประวัติศาสตร์
ที่สำคัญก็คือ การรู้ภาษาและอ่านหนังสือพิมพ์ภาษาอังกฤษ ทำให้พระองค์ทรงวางนโยบายของประเทศได้อย่างรู้เขารู้เรา เหมาะสมกับสถานการณ์ จึงทรงพาชาติรอดพ้นจากการล่าอาณานิคม มาสู่ความมั่นคงผาสุกได้ในวันนี้