Trong dòng canh tân thế kỉ XIX, Phạm Phú Thứ được coi là những người có tư tưởng vượt trội bởi tính toàn diện khả thi, đặc biệt là những tư tưởng canh tân về kinh tế và khoa học kỹ thuật.
Từ khi còn chưa sang Pháp, Phạm Phú Thứ đã manh nha tư tưởng canh tân. Năm 1856 khi giữ chức Án sát Thanh Hóa, ông đã khuyến nghị vua Tự Đức tổ chức đóng tàu thuyền vận tải, phục vụ giao thương kinh tế trong nước. Một chiếc tàu đồng được hoàn tất trong thời gian ngắn, mang tên Thụy Nhạc, đánh dấu kết quả tinh thần trách nhiệm và khả năng ứng dụng khoa học của ông tại một tỉnh miền Trung Trung Bộ.
Năm 1857 ông tiếp tục dâng sớ lên triều đình đề đạt một phương án mới mẻ về kinh tế và quốc phòng: sử dụng thuyền buôn tư nhân và thuê họ vận chuyển thóc gạo các tỉnh về bán ở kinh đô; dùng tàu thuyền nhà nước để chuyên chở quân lương, quân khí và nhiệm vụ tuần tra, bảo vệ bờ biển. Một năm sau, khi người Pháp nổ súng tấn công Đà Nẵng, ông đã dâng sớ thỉnh nguyện vua Tự Đức cho tất cả quan viên hiện phục tại kinh đô, nguyên quán Quảng Nam được trở về quê hương chiêu tập dũng binh chống Pháp xâm lược.
Tuy nhiên dấu mốc tạo bước ngoặt canh tân của Phạm Phú Thứ phải nói đến chuyến đi sứ sang Pháp và Tây Ban Nha trong năm 1863 – 1864. Những điều tai nghe mắt thấy về chính trị, phong tục, tập quán của người phương Tây đã được ông ghi chép một cách cẩn thận trong cuốn “Tây hành nhật ký” (Nhật ký đi sứ phương Tây). Cùng với Tây Hành Nhật Ký còn có tập thơ “Tây Phù thi thảo” cũng được ông làm trong chuyến đi Pháp và Tây Ban Nha, mang nội dung tư tưởng tiến bộ.
Năm 1874, ông được bổ nhiệm làm Tổng đốc tỉnh Hải Yên (Hải Phòng, Hải Dương và Quảng Yên) Kiêm Tổng lý thương chánh Đại thần. Hơn hai vạn dân ở Hải Dương bị đói nặng, nạn nhân của vụ vỡ đê Văn Giang mấy năm liền trước đó ở phủ Khoái Châu – Hưng Yên đang trắng tay vì ngập lụt. Trước tình hình đó, Tổng đốc Phạm Phú Thứ đã xuất 50 vạn phương thóc kho tỉnh Hưng Yên để phát chẩn và vận động người giàu dùng lúa của mình để cứu đói dân làng. Mặt khác ông tổ chức người khỏe đi khai hoang, trồng cây ngắn ngày, mở thủy lợi ở Đông Triều và Nam Sách, nhằm chống đói một cách cơ bản hơn. Đi đôi với chống đói, ông không ngừng quan tâm phục hồi sản xuất nông nghiệp, phát triển tiểu thủ công nghiệp...
Bên cạnh đó, Phạm Phú Thứ còn ý thức việc truyền bá kiến thức, khoa học kỹ thuật và công nghệ của phương Tây cho nhân dân xa gần trong tỉnh. Cụ thể: ông cho khôi phục nhà xuất bản Hải Học Đường, vốn có từ đời Gia Long (1802 – 1819) và xuất bản 4 cuốn sách của phương Tây đã dịch từ tiếng Anh ra chữ Hán: Bác Vật tân biên (khoa học tự nhiên), Khai Môi yếu pháp (Phương pháp khai mỏ), Hàng hải kim châm (Kỹ thuật đi biển), Vạn quốc công pháp (Công pháp các nước). Cùng với việc xuất bản, Phạm Phú Thứ còn đề cập đến một số vấn đề khoa học công nghệ như cách đúc súng, khai thác than đá, thủy tinh và giải thích tính năng, tác dụng của chất axit sunfuric trong công nghiệp. Các sách xuất bản và sự diễn giảng của ông về khoa học phổ thông đã có tiếng vang trong dư luận xã hội đương thời.
Ý thức về khoa học công nghệ của Phạm Phú Thứ là nét độc đáo, gần như cá biệt của một nhà nho yêu nước trong làng quan chức cao cấp của triều đình, đã vượt lên trên hạn chế của tình hình xã hội và thời đại của ông đang sống. Ý thức đó không tách rời với tư tưởng canh tân đất nước, mà đã góp phần tích cực cùng các nhà yêu nước đương thời, hình thành xu hướng canh tân từ nửa sau thế kỷ XIX.
Sau khi triều đình Huế ký với Pháp hòa ước Nhâm Tuất 1862, nguy cơ thất bại trong cuộc chiến đấu với thực dân Pháp bảo vệ độc lập dân tộc đã khá rõ ràng. Nhận thức được tình thế của đất nước một số nhân sĩ, quan lại đã gửi lên triều đình Tự Đức những đề nghị sửa đổi các chính sách về quân sự, kinh tế, ngoại giao, tôn giáo, văn hóa… nhằm củng cố và tăng cường sức mạnh về mọi mặt cho đất nước để giữ vững độc lập dân tộc. Đại biểu cho xu hướng này là Nguyễn Trường Tộ, Đặng Huy Trứ, Phạm Phú Thứ, Nguyễn Lộ Trạch, Bùi Viện… Nhưng việc ứng dụng những ý thức và tư tưởng tiến bộ đó không dễ dàng trong điều kiện lịch sử nước nhà và triều đình Tự Đức đang trị vì và ở xứ sở nghèo nàn này.
Những đề nghị cải cách của Phạm Phú Thứ nói riêng và các nhà cải cách thế kỷ XIX nói chung, đã thể hiện một tư duy mới nhằm đáp ứng yêu cầu lịch sử đặt ra cho dân tộc trong thời kỳ này: Canh tân đổi mới để bảo vệ chủ quyền dân tộc và phát triển. Tuy nhiên, tất cả những tư tưởng cải cách tiến bộ trong giai đoạn này cùng chung một số phận đó là đều không được thực hiện đến nơi đến chốn thậm chí còn không được đưa ra để bàn luận và bị triều đình phớt lờ.
Phạm Phú Thứ mất ngày 5/2/1882, thọ 61 tuổi, ông để lại cho hậu thế ngày này một tấm gương sáng về tư tưởng, ý thức và nhân cách cao đẹp. Những ghi chép của ông trong 40 năm làm quan trở thành nguồn sử liệu đồ sộ, quý giá của các học giả nghiên cứu. Không những vậy, ý thức trong việc học hỏi cái mới, ứng dụng những tiến bộ của thời đại mà Phạm Phú Thứ đã làm cách đây hai thế kỷ, đến hôm nay vẫn còn nguyên giá trị.
Thu Nhuần