孙思邈不仅精于内科，而且擅长妇科、儿科、外科、五官科。在中医学上首次主张治疗妇女儿童疾病要单独设科，并在着作中首先论述妇、儿医学，声明是“崇本之义”。他非常重视妇幼保健，着妇人方三卷，少小婴孺方二卷，置于千金要方之首。在他的影响之下，后代医学工作者普遍重视研究妇、儿科疾病的治疗技术。

孙思邈非常重视预防疾病，讲求预防为先的观点，坚持辨证施治的方法，认为人若善摄生，当可免于病。只要“良医导之以药石，救之以针剂”，“体形有可愈之疾，天地有可消之灾”。并提出“存不忘亡，安不忘危”，强调“每日必须调气、补泻、按摩、导引为佳，勿以康健便为常然。”他提倡讲求个人卫生，重视运动保健，提出了食疗、药疗、养生、养性、保健相结合的防病治病主张。

孙思邈很重视研究常见病和多发病。如山区人民由于食物中缺碘，易患甲状腺肿大病俗称粗脖子，他认为这种病是由于山中的水质不洁净引起的，所以就用海藻等海生植物和动物的甲状腺来治疗，具有较好的效果。他对脚气病作了详细的研究，首先提出用谷白皮煮粥常服可以预防，所选择的治疗脚气病的药物含有丰富的维生素1，效果很好。在长期的实践中，孙思邈还总结出治疗痢疾、绦虫、夜盲等病症的特效药方。在太白山中居住时，孙思邈亲自采集药材，研究药物性能。他认为适时采药极为重要，早则药势未成，晚则药势已竭，依据丰富的药学经验，确定出233种中药材适当采集的时节。

孙思邈对针灸术也颇有研究，着有明堂针灸图，以针灸术作为药物的辅助疗法。他认为“良医之道，必先诊脉处方，次即针灸，内外相扶，病必当愈。”积极主张对疾病实行综合治疗。

在研究医学的过程中，孙思邈把硫磺、硝石、木炭混合制成粉，用来发火炼丹，这是中国现存文献中最早的关于火药的配方。他在所着丹经内伏硫黄法一文中，记述了伏火硫黄法的制作方法。

孙思邈还对良医的诊病方法做了总结：“胆欲大而心欲小，智欲圆而行欲方。“胆大”是要有如赳赳武夫般自信而有气质“心小”是要如同在薄冰上行走，在峭壁边落足一样时时小心谨慎“智圆”是指遇事圆活机变，不得拘泥，须有制敌机先的能力“行方”是指不贪名、不夺利，心中自有坦荡天地。”

在临床实践中，孙思邈总结出了许多宝贵的经验，如“阿是穴”和“以痛为腧”的取穴法，用动物的肝脏治疗夜盲症，用羊的甲状腺治疗地方性甲状腺肿，用牛乳、豆类、谷皮等防治脚气病对于孕妇，提出住处要清洁安静，心情要保持舒畅，临产时不要紧张对于婴儿，提出喂奶要定时定量，平时要多见风日，衣服不可穿得过多等等。这些主张，时至今日仍有现实意义。

孙思邈对古典医学有深刻的研究，对民间验方十分重视，一生致力于医学临床研究，对内、外、妇、儿、五官、针灸各科都很精通，有二十四项成果开创了中国医药学史上的先河，特别是论述医德思想、倡导妇科、儿科、针灸穴位等都是前人未有。

孙思邈认为“人命至重，有贵千金，一方济之，德逾于此”，故将他自己的两部着作均冠以“千金”二宇，名千金要方和千金翼方。他汲取黄帝内经关于脏腑的学说，在千金要方中第一次完整地提出了以脏腑寒热虚实为中心的杂病分类辨治法在整理和研究张仲景伤寒论后，将伤寒归为十二论，伤寒禁忌十五条，为后世研究伤寒杂病论提供了可循的门径，尤其对广义伤寒增加了更具体的内容。他创立了从方、证、治三方面研究伤寒杂病论的方法，开后世以方类证的先河。

千金要方三十卷，全书合方、论五千三百首，集方广泛，内容丰富，书中内容既有诊法、证候等医学理论，又有内、外、妇、儿等临床各科分二百三十二门，已接近现代临床医学的分类方法。既涉及解毒、急救、养生、食疗，又涉及针灸、按摩、导引、吐纳，可谓是对唐代以前中医学发展的一次很好的总结。千金要方是中国唐代医学发展中具有代表性的巨着，对后世医学特别是方剂学的发展，有着明显的影响和贡献并对日本、朝鲜医学之发展也有积极的作用。千金要方是中国最早的医学百科全书，从基础理论到临床各科，理、法、方、药齐备。一类是典籍资料，一类是民间单方验方，时至今日，很多内容仍起着指导作用。千金要方是对方剂学发展的巨大贡献。书中收集了从张仲景时代直至孙思邈的临床经验，历数百年的方剂成就，特别是源流各异的方剂用药，显示出孙思邈的博极医源和精湛医技。后人称千金方为方书之祖。

千金翼方三十卷，是孙思邈晚年着作，系对千金要方的全面补充。全书分一百八十九门，合方、论、法二千九百余首，内容涉及本草、妇人、伤寒、小儿、养性、补益、中风、杂病、疮痈、色脉以及针灸等各个方面，尤以治疗伤寒、中风、杂病和疮痈最见疗效。书中收载的800余种药物当中，有200余种详细介绍了有关药物的采集和炮制等相关知识。尤其值得一提的是，书中将晋唐时期已经散失到民间的伤寒论条文收录其中，单独构成九、十两卷，成为唐代仅有的伤寒论研究性着作，对于伤寒论条文的保存和流传起到了积极的推动作用。