1596年刊行的《本草纲目》，可以说是中国古代最重要的药学著作。《本草品汇精要》较《本草纲目》早90年编成，但是由于前者当时没有刊印，李时珍没有谈到。李时珍编写《本草纲目》至少花费了27年，参考了与本草学有关著作800多部，继承了1000多年本草学的传统。为了验证已收集到的资料，李时珍花费了4年多的时间，带着徒弟和儿子，跋山涉水，风餐露宿，到过湖北、湖南、江西、安徽、江苏等地，攀登过太和山(今武当山)、大别山、茅山、伏牛山等名山。所到之处，虚心向农夫、猎户、渔夫、药师等广泛请教，采集各种药物标本，写下数百万字的调查访问记，从而积累了丰富的实践经验。他认真地研读、参考了41种本草专著，吸取了诸家本草的精华。直到1578年才完成浩浩52卷、190多万字的科学巨著——《本草纲目》。这本巨著是在丰富的感性知识基础上，经过去伪存真，纠错匡正的深思熟虑，对本草学的研究作了创造性的发展，建立了本草学的新体系。先前的本草著作中，大多继承《神农本草经》的体系，采取三品(上品、中品、下品)的分类法。这种分类法的科学依据是很不充分的。李时珍则采取振纲分目的方法，按十六部六十类进行分类。从无机物到有机物，从低级生物到各种植物、高级动物。分类的方法比较符合自然进化规律，向近代科学前进了一步。在书中，1892种药物被分成十六部，其中与无机化学关系较密切的无机物分在水部、火部、土部、金石部等四部。水部又分为天水、地水两类，各有13种和30种物质。火部只有一类，共包括11种物质。土部也只有一类，包括61种物质。金石部有金、玉、石、卤石4类，分另包含28种、14种、72种及47种物质。水部里面显然有多种水溶液。土部则包括各种土壤及烧过的泥土。金部包括有多种金属、合金及一些金属化合物。玉类主要是一些较纯的硅酸盐化合物。石类大多是硅酸盐类的岩石和不溶于水的天然盐类。在书中对每一种物质都以药名为纲，以八项分析为目，即先述释名、修治，突出气味和主治，次以集解和发明及正误，末段加附方。释名讲述药名的由来和考证。修治记述药物采集的季节和炮制的方法。气味论及药物的四气(寒、热、温、凉)、五味(辛、酸，甘、苦、咸)，有毒与否以及炮制后的气味变化。主治讲药物的功效。集解列举诸家本草关于药物的详细说明，说明出产的地域，药物生长的形状，同类似药物在形态上的区别，采收的方法。在这部分李时珍常有自己的独到见解。发明是对药物主治功效的具体说明，这里李时珍常说自己的切身体会和实践经验。正误即是纠正前人的错误，全书虽然只有70多条，但都是经过李时珍反复验证提出来的新见解。附方是根据药物主治范围，列举一些经方、时方、验方。显然增强了该书的实用性。书中还附有1100多幅精工绘制的药图。由上述李时珍建立的本草学新体系和对药物全面系统的论述，可以看到李时珍对本草学不仅作了总结，还有不少创造性的发展。