《山海經》最重要的價值也許在於它保存了大量神話傳說，這些神話傳說除了我們大家都很熟悉的如誇父逐日、精衛填海、羿射九日、鯀禹治水等之外，還有許多是人們不大熟悉的。如《海外北經》中載：「共工之臣曰相柳氏，九首，以食於九山。相柳之所抵，厥為澤溪。禹殺相柳，其血腥，不可以樹五穀種。禹厥之，三仞三沮，乃以為眾帝之臺。在崑崙之北，柔利之東。相柳者，九首人面，蛇身而青。不敢北射，畏共工之臺。臺在其東。臺四方，隅有一蛇，虎色，首沖南方。」這個禹殺相柳的傳說充滿了神奇色彩，既可從文學或神話學的角度來研究，也可以從中看出共工、相柳、禹三人之間的關係，由此可見古代民族部落之間的鬥爭。《山海經》中大量存在的這些神話傳說，是今天我們研究原始宗教的難得材料。例如：巫咸國在女醜北，右手操青蛇，左手操赤蛇。在登葆山，群巫所從上下也。(《海外西經》)有靈山，巫咸、巫即、巫盼、巫彭、巫姑、巫真、巫禮、巫抵、巫謝、巫羅十巫從此升降，百藥爰在。(《大荒西經》)
在《山海經》的神話中，不僅可以看到巫師的活動，也可以看到古代民族的信仰、崇拜等。在《山海經》中，存在著大量的神奇動物的記載，這些動物主要是鳥、獸、龍、蛇之類，它們往往具有神奇的力量。這些動物很可能就是古人的圖騰崇拜。如上文所引的《海外西經》中的文字。「巫咸國在女醜北，右手操青蛇，左手操赤蛇。」蛇可能就是巫咸國的圖騰。研究中國古代的宗教信仰，《山海經》是必不可少的參考資料。
《山海經》中的神話傳說不僅僅是神話傳說，同時，在一定程度上它又是歷史。雖然由於濃厚的神話色彩，其真實性要大打折扣，但是，它們畢竟留下了歷史的影子。把幾條類似的材料加以比較，有時還是可以看到歷史的真實面貌的。例如上文所引《大荒北經》中黃帝戰蚩尤的記載，剔除其神話色彩，我們可以從中看到一場古代部落之間的殘酷戰爭。又如《大荒西經》、《海內經》中記載了一個黃帝的譜系：黃帝妻雷祖，生昌意。昌意降處若水，生韓流。韓流擢首、謹耳、人面、豕喙、麟身、渠股、豚止，取淖子曰阿女，生帝顓頊。(《海內經》)顓頊生老童，老童生重乃黎。帝令重獻上天，令黎邛(印)下地。下地是生噎，處於西極，以行日月星辰之行次。(《大荒西經》)這個譜系具有傳奇色彩，具有神譜的性質，但是，它與《大戴禮記·帝系篇》、《史記·五帝本紀》、皇甫謐《帝王世紀》基本相同。
同時，《山海經》又是一部科技史，它既記載了古代科學家們的創造發明，也有他們的科學實踐活動，還反映了當時的科學思想以及已經達到的科學技術水平。例如，關於農業生產，《大荒海內經》載：「後稷是始播百谷」，「叔均是始作牛耕」。《大荒北經》載：「叔均乃為田祖。」關於手工業，《大荒海內經》載：「義均是始為巧倕，是始作下民百巧。」關於天文、曆法，《大荒海內經》載：「噎鳴生歲有十二。」《大荒西經》載：「帝令重獻上天，令黎邛下地。下地是生噎處於西極，以行日月星辰之次。」諸如此類的記載不勝枚舉。有一些自然現象的記載尤其珍貴，這在其他書中是看不到的，如《海外北經》載：「鐘山之神，名曰燭陰。視為晝，暝為夜；吹為冬，呼為夏；不飲、不食、不息、息為風。身長千里。在無{上啟下月}之東。其為物，人面，蛇身，赤色，居鐘山下。」
現在，許多學者均認為，《山海經》在這裡記載的是北極地帶半年為晝，半年為夜的極地現象，只不過是古人無法解釋這種現象，於是就用神話來解釋。這種記載無疑是寶貴的科學資料。類似的例子還有不少。
例如《大荒東經》載：「湯谷上有扶木，一日方至，一日方出，皆載於烏。」又如《海外東經》載：「湯谷上有扶桑，十日所浴，在黑齒北，居水中。有大木，九日居下枝，一日居上枝。」這兩條記載，有人認為前者記載的是太陽黑子活動和北極的極地現象，後者記載的是極地附近的假日現象。此外，從《山海經》中，我們也可以看到古人對大地的探測活動。《海外東經》載：「帝命豎亥步自東極至於西極，五億十選(萬)九千八百步。豎亥右手把算，左手指青丘北。」《中山經》說：「天地之東西二萬八千里。南北二萬六千里。」這些記載，數字未必確實，但已反映出中國古人的探測活動。總而言之，《山海經》是一部充滿著神奇色彩的著作，內容無奇不有，無所不包，蘊藏著豐富的地理學、神話學、民俗學、科學史、醫學等學科的寶貴資料，細心鑽研，深入探討，就不愁沒有新發現。
