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，并在著作中首先论述妇、儿医学，声明是“崇本之义”。他非常重视妇幼保健，著《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B1，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，著有《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。他在所著《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。
1、医学巨著《千金方》是中国历史上第一部临床医学百科全书，被国外学者推崇为“人类之至宝”。
2、第一个完整论述医德的人。
3、第一个倡导建立妇科、儿科的人。
4、第一个麻风病专家。
5、第一个发明手指比量取穴法。
6、第一个创绘彩色《明堂三人图》。
7、第一个将美容药推向民间。
8、第一个创立“阿是穴”。
9、第一个扩大奇穴，选编针灸验方。
10、第一个提出复方治病。
11、第一个提出多样化用药外治牙病。
12、第一个提出用草药喂牛，而使用其牛奶治病的人。
13、第一个提出“针灸会用，针药兼用”和预防“保健灸法”。
14、系统、全面、具体论述药物种植、采集、收藏的第一人。
15、第一个提出并试验成功野生药物变家种。
16、首创地黄炮制和巴豆去毒炮制方法。
17、首用胎盘粉治病。
18、最早使用动物肝治眼病，动物肝富含维生素A。
19、第一个治疗脚气病并最早用彀树皮煎汤煮粥食用预防脚气病和脚气病的复发，比欧洲人早一千年，彀树皮富含维生素B1。
20、首创以砷剂（雄黄等）治疗疟疾病，比英国人用砒霜制成的孚勒氏早一千年。
21、第一个提出“防重于治”的医疗思想。
22、首用羊餍（羊甲状腺）治疗甲状腺肿。
23、是中国历史上第一位深入民间，向群众和同行虚心学习、收集校验秘方的医生。
24、第一个发明导尿术。
