Upptakten till samarbetet skedde redan 1710 då Swedenborg i ett brev delgav sina framtidsplaner för sin svåger, universitetsbibliotekarien i Uppsala Eric Benzelius den yngre (1675–1743). Min plan är att vara hos Polhem, om jag så måste skjuta upp min utlandsresa, skrev han. Nu blev det inte någon studievistelse hos Polhem denna gång. I stället begav sig Swedenborg ut på en femårig studieresa till England och kontinenten. Väl hemkommen till Sverige 1715 kunde hans planer till slut förverkligas. Polhem, som tog intryck av Swedenborgs nyförvärvade kunskaper i matematik, inbjöd honom till Stjärnsund i Dalarna där han hade sin mekaniska verkstad och sitt manufakturverk. Swedenborg var en kvick matematiker och ett skickligt ämne till mekaniska studier, konstaterade han. Någon gång i januari eller februari 1716 anlände Swedenborg till Stjärnsund för ett kortare besök. Ett särskilt betydelsefullt möte skedde senare i december samma år i Lund där Karl XII hade upprättat sitt högkvarter efter hemkomsten från krigsäventyren ute i Europa. Vid detta tillfälle utnämnde kungen Swedenborg till extraordinarie assessor i Bergskollegiet (den statliga myndighet som hade hand om översynen av gruvnäringen) med särskild uppgift att assistera Polhem.
Under de tre följande åren arbetade de tillsammans med en rad tekniska projekt, bland annat torrdockan på ön Lindholmen i Karlskrona, saltsjuderier vid Gullmarsfjorden i Bohuslän, en sluss i Karls grav vid Vänersborg och ett våghalsigt företag att transportera krigsskepp över land till Idefjorden under belägringen av Fredrikshald. Men samarbetet kom inte bara att gälla teknik. Under sin utlandsresa hade Swedenborg korresponderat med medlemmar ur Collegium curiosorum, de vetgirigas sällskap (senare Kungliga Vetenskaps-Societeten i Uppsala) som bland annat ville sprida kunskaper om Polhems uppfinningar och naturvetenskapliga tankar. Forum blev den av Swedenborg redigerade tidskriften Dædalus hyperboreus som gavs ut mellan åren 1716 och 1718 och därmed blev Sveriges första naturvetenskapliga tidskrift. I de sex numren presenterade Swedenborg Polhems idéer inom olika ämnesområden. Vid sidan av detta lät han även ge ut och bekosta Polhems lilla lärobok i räkning och mätning, Wishetens andra grundwahl til ungdoms prydnad, mandoms nytto och ålderdoms nöje (1716).
Efter kungens död uppstod en brytning mellan Polhem och Swedenborg som snarare hade psykologiska orsaker än vetenskapliga. I ett brev till Benzelius den 18 april 1719 beklagade sig Polhem över den avstannade korrespondensen med Swedenborg. Han var bekymrad, tre brev hade han fått tillbaka obrutna. En förklaring till detta kan vara en inte helt bekräftad berättelse om en avbruten äktenskapsaffär mellan Swedenborg och Polhems dotter Emerentia. Sannolikt var inte heller deras tekniska och vetenskapliga samarbete helt friktionsfritt. Polhems bångstyriga humör är omvittnat. De tre åren kom dock att få stor betydelse för Swedenborgs fortsatta utveckling som naturvetare. Polhem fungerade som uppfordringsverk för den unge Swedenborg, från det mörka djupet av de oetablerade naturvetarnas krets upp till ljuset. Att Swedenborg långt senare som andeskådare tar avstånd från den mekanistiska världsbilden och placerar ”gudsförnekaren” och ”materialisten” Polhem i helvetet markerar ytterligare deras splittring.
Polhems ärtor
Allt är mekanik, allt i den naturliga världen kan förklaras som materia i rörelse, lärde den franske naturfilosofen René Descartes (1596–1650). Polhems utgångspunkt är densamma: ”Alt huad naturen har att sysla med till meniskornas och creaturens tienst, består i tväne universala ting: materia och rörelse.” Världen är en maskin. Och Gud är urmakaren som också förmår att ställa om sitt ur. Därför är det ingen tillfällighet att samma mekaniska lagar gäller för den naturliga partikelvärlden, så väl som för människans artificiella mekanik. För Polhem är den subtila naturens mekaniska struktur inte olik en uppfinnares eller hantverkares maskinkonstruktioner. I linje med den cartesianska naturfilosofin finner han den teoretiska och praktiska mekaniken vara en och den samma. De skiljer sig endast åt genom att den förra består av en oändligt fin materia, medan den senare är av grövre sort till människornas tjänst.