（一）《千金方》对内科学的贡献
在内科病的治疗方面，孙思邈有着丰富的临床经验。
据《备急千金要方》记载，有一位妇女患半身不遂，卧床三年不起，孙思邈用了一种药酒给她治疗，吃后就恢复了健康。唐代武德年间，有一个有名的尼姑净明患霍乱日久，一日犯一次或两次，发作时痛苦异常。当时朝内的名医都治不好。孙思邈按霍乱治疗，用“治霍乱使百年不发丸方”就治愈了。
孙思邈对消渴病在《备急千金要方》卷21中有专节的论述，孙氏指出消渴的病因是“积久饮酒”“咀嚼酱，不择酸咸”“积年长夜酣兴不解”。在对消渴的治疗方面提出，治疗方药常用栝楼根、生地、麦冬、知母葛根等滋阴清热之品，若肠胃实热，则用大黄、黄连、石膏、龙胆草、黄芩等以清热；若肾气不足，则配伍干地黄、苁蓉、菟丝子、山茱萸、巴戟天、五味子等以补肾。
孙思邈还常用猪肚、猪肾、羊肺、羊肾、牛羊脂、乳酪等血肉有情之品，来生精补髓。除药物治疗外，他还特别强调控制饮食和饮食疗法，孙氏还指出消渴病人，常易在大骨节间并发痈疽而死，所以一定要防止痈疽的产生，应当常备痈疽药加以预防治疗。他指出预防的注意点，“所慎者有三，一饮酒，二房室，三咸食及面”。这些论述与现代的观察和介绍完全一致，是非常科学的。
（二）《千金方》对药物学的贡献
孙思邈的故乡是以盛产药材而著名的，他的足迹遍及各大名山，积累了丰富的采药和制药经验。他特别强调，采药必须注重时节。他详细记述了233种药物的采集季节，说明何时采花、采茎、采果，并列举出680种常用和常见的药物，建议人们随时采集，以备不时之需。其次，他认为，采药必须弄清产地。故在书中记载了当时133个州所产的519种地道药材，如关内道的雍州出的柏子仁和茯苓、河南道的陕西出的栝楼、河东道的绛州出的防风、河北道的幽州出的人参、山南东道的唐州出的鹿茸、淮南道的扬州出的白芷、江南东道的泉州出的干姜、江南西道的朗州出的牛黄、河西道的凉州出的白附子、岭南道的广州出的决明子等，充分说明了道地药材的价值。
孙思邈很注重药物的炮制。《千金方》中的药物不仅在数量上有了很大增加，而且对质量亦有了更高的要求。他丰富和发展了乌头、附子等有毒药物的炮制理论和方法。如对乌头、附子的炮制，孙思邈指出，此物大毒，炮制的时候，要将它去皮熬黑，这样才能去除毒性，用于临床。另外，他将地黄分为生地黄、熟地黄，记载了熟地黄采用“九蒸九晒”的炮制方法，一直沿用至今。
孙思邈还十分讲究药物的栽培方法，对20多种常用药物，从择地、选土、翻地、作畦、下种、灌溉、施肥、移栽、锄草直至收采，无不一一详细记录。可见他对药用植物的栽培，从野生变为家种，作出了巨大贡献。孙氏又是最早提出“药藏”的人，他说：“平时可以贮藏一些药物，以备不时之需。”他对药物的贮藏保管，防潮、防鼠、防霉的措施和所用器具等都详加记述，甚至对大量贮藏药物的库房建筑、药柜的规格都提出了严格的要求。
孙思邈十分重视民间用药经验的收集整理。李时珍在《本草纲目》卷26中，曾引录曰：“孙真人云……俗言上床萝卜，下床姜，姜能开胃，萝卜消食也。”孙氏用民间流行的歌曲论述生姜、萝卜的药用功效，既生动，又简明。
（三）《千金方》对方剂学的贡献
药物固然能治病，但必须按照一定的原则，把药物配伍成一定的方剂，才能更好地发挥治疗作用。
孙思邈对药物学、方剂学研究方面倾注了大量的心血。从药物的采集、炮制到性能认识，从方药的组合配伍到临床治疗，孙思邈无不深思熟虑，在《千金方》中渗透了自己数十年的临症心得。其中《备急千金要方》载方6000多首，而《千金翼方》载方近3000首。
《千金方》中记载的药方有历代医家流传下来的，有民间征集的，有从西域、印度等地输入的，包括了古今中外的医方，所搜集的药方有复方、单方，也有民间草药。如仲景的麻黄汤、桂枝汤、华佗的云母圆方、王乔的健身方、齐州的荣姥方、常山的太守马灌酒等。记载了用白头翁、苦参子、黄连等中草药来治疗痢疾，用常山蜀漆等治疗疟疾，以槟榔治疗绦虫病等。这些药物一直沿用至今，并被现代科学证明为有效的方法。
在《备急千金要方》卷一“序例”中，孙思邈提出药固能治病，但临症处方，必须按照“君臣佐使”的原则，把药物配伍成特定比例的方剂，才能更好地发挥其治疗的效能。并强调医生还要了解药性的相反相畏，强弱好恶，否则，杂凑成方，不但不能愈病，反会加重病情。他主张组方用药要“临事制宜”，强调因症立方；处方应根据病情加以增损，剂量也随病情的轻重而随之进退。他还指出，人有男女老幼之别，天地有南北燥湿之异，因此处方用药，务必要“临事制宜，随病增减”，也就是要随机应变，随病情加减用药。
孙思邈强调，对前人的方剂不要照搬照抄，而要灵活运用，化裁创新。所以他在方剂的应用上就很有建树，如将仲景的真武汤与附子汤合方治疗寒湿痹症，而不限于水气病；治霍乱吐利，他以仲景理中丸为基础，寒甚者加炮附子，以补火暖土；治胃寒呕哕，以仲景小半夏汤为基础，哕甚者加竹茹、橘皮、紫苏、炙甘草，以增其和胃止呕之效；饮邪上逆致呕者，则加茯苓、桂心以增强温化寒饮之功。治妇女胞宫寒冷，气滞血瘀而致月经不调，四肢冷痛，不孕等症所用的荡胞汤，则是仲景桂枝茯苓丸加入炮附子、细辛、大黄、厚朴、橘皮、当归、牛膝、水蛭等药组成，于活血化瘀之中，加入温经理气之法，切中病机。治妇人产后烦闷不解的淡竹茹汤，则是仲景治疗脏躁的甘麦大枣汤加入淡竹茹、麦冬、生姜而成，以增其除烦宁神之功。在孙思邈《千金翼方》卷十五“补益”中的不少配方，多是从仲景理中丸、肾气丸为基础化裁而来。如治胃气不足、心气弱、腹中寒冷绞痛、吐利宿汁所用的胃胀汤，即是仲景理中丸去白术，加橘皮茯苓而成；治诸虚的十味肾气丸，即是仲景肾气丸加芍药、元参而成。
孙思邈不仅善于化裁前人的验方，而且按照方剂的组方原则研制出许多应验的良方，像著名的犀角地黄汤、紫雪、独活寄生汤、小续命汤、苇茎汤、温胆汤、温脾汤、磁朱丸、枕中散、驻车丸等，这些疗效卓著的方剂，至今仍在临床被广泛运用。
孙氏组方的用药有独到之处，《备急千金要方》收载的6000多首方剂中，药味多者近百味，少则一味。多的为适应复杂病证，是由数方合成的复方；少的为针对病原的主药，系直捣病巢之单方。有的复方则由针对病原的主药主方和其他随症治疗的方药组合而成，如治疗疟疾之常山、蜀漆为主药，配合其他针对虚、实、寒、热症候的对症药物组方；治疗痢疾以黄连为主药，依据痢的寒、热、虚、实，加上适当方药的配合，这种以特效疗法结合整体疗法的临床治疗，是提高临床疗效的一个重大创造。有的复方是把古方、经验方、单方融为一体，古方的严谨、经验方之灵活、单方的特效兼而取之，如治热毒痢的三黄白头翁汤就是在仲景白头翁汤的基础上，加升麻、犀角解毒，苦参、石榴皮、桑寄生治痢，艾叶、甘草和中止痛。孙氏创造的复方中，还有一个显著特点是上下、表里、寒热、补泻、通涩等药并用之方较多。如驻车丸中，黄连与干姜，寒热并用；温脾汤中，人参、附子、干姜与大黄，寒热并用，攻补兼施；独活寄生汤中，用大量祛风、胜湿、散寒药的同时，以人参、茯苓、当归、芍药、地黄、川芎益气血，杜仲、牛膝补肝肾，攻补兼施。
正是由于孙思邈在药物学、方剂学方面的突出贡献，人们信服他、尊重他，尊称其为“药王”，并把他常去采药的五台山称之为“药王山”。山上建有一座举世闻名的“药王庙”，庙中供奉着孙思邈的塑像。千百年来，香火兴盛不衰，一代代善男信女对其虔诚得顶礼膜拜，充分说明了后人对这位伟大医药学家的崇敬和爱戴。
（四）《千金方》对传染病的贡献
孙思邈对传染病的认识、防治及护理，也有较突出的创新。他提出处方用药必须结合水土、气候及患者的体质、性别等；无论男女老幼，必须询问清楚，这样处方用药就不致发生差错。
孙思邈发展了《伤寒论》的学术思想，在承认寒邪致病的同时，又提出“瘟疫者，乃天地变化之异气”及“瘴疠”“温气”“热毒”“毒气”等病因学概念。早在吴又可之前就提出了“疫毒”是传染病的主要病源。他对临床治疗的主张，是“胆欲大而心欲小，智欲圆而行欲方”。
孙思邈认为霍乱病“皆因食饮，非关鬼神”。描述霍乱的主要症状为吐利、头痛、转筋、肢冷等，并忌与米饮。他认为痢疾分为热痢、冷痢、疳湿痢、小儿痢，在分症论治治疗痢疾广泛应用黄连、苦参、白头翁，在治疗痢疾共有58个方中，其中31个方中用到黄连，黄连的解毒杀菌的药理作用已被现代医学所证实，孙氏自创的治疗痢疾的方剂名为驻车丸，方由黄连、当归、阿胶、干姜组成，有清热和血、滋阴止痢的作用，至今被医者所用。
在用药的同时，孙思邈还善于使用针灸疗法治疗传染病，在“针灸”卷中使用针灸治疗多种传染病如合谷、大椎治疗发热；足三里治疗霍乱；灸脾俞、丹田、关元治疗痢疾等，针灸治疗传染病具有创新性，为后世治疗传染病奠定了基础。另外，孙思邈还介绍了预防传染病的方法，如井水消毒法、空气消毒法和利用雄黄、朱砂作消毒用品，预备成药以备仓促急需等。有趣的是，一只蒜头竟可解百毒，成为预防痢疾肠炎的良方。
很早以前，大蒜只能作为食用，不可当药用来防病治病。有一天，孙思邈在出诊途中，因天气相当炎热，刚坐在树荫下休息，只见一条毒蛇从老百姓的菜园里钻出来，并一下扑入路边的水井里。不大一会儿，从前边路上走来一个挑夫，挑着一担重重的货物，额头上的汗水如雨点一样，直往地上掉，背上的衣服也被汗水浸湿了，面颊通红，边走边喘着粗气，走过井边时，他看到清凉的井水，急忙放下肩上的担子，朝水井边走去。
孙思邈见他要去饮井水，忙站起身来摇摇手说：“那井水饮不得，水中有毒！”挑夫转过头来，把孙思邈从头到脚打量一番，见他穿着破旧，其貌不扬，像个叫花子似的，便没有理他，三步并作两步走到井边，用手捧起井水喝。孙思邈怕挑夫喝了有毒的井水而发生瘟疫，影响赶路，立刻走进菜园里，拨了一只大蒜头，走过去对挑夫说：“吃了这个蒜头吧，蒜头可解百毒！”
挑夫见孙思邈如此关心他，只好接过大蒜头削去蒜皮儿，将蒜瓣放进自己嘴里嚼食。说也奇怪，这个挑夫不仅没有因饮了有毒的井水而发生中毒，且在整个夏天，也没有发生过一次腹痛、腹泻的疾病。他心里暗自想着途中遇上的那个人，肯定不是一般人，说的话才会那么有准。从那以后，大蒜就被用来防止痢疾、肠炎、霍乱等一类瘟疫，得到大家的信赖；直到今天，民间仍流传着“夏秋季节常吃蒜，肠炎痢疾不易犯”的谚语。
（五）《千金方》对妇、儿科的贡献
在封建社会，为妇产、小儿独立设科而刻苦钻研、贡献终身精力的，要首推孙思邈。
孙思邈在《千金要方》开卷之首，先列“妇人”“小儿”，单独成卷。他认为：“如果没有小儿，就不会有大人，从小到大，这是自然规律。”而妇女妊娠胎产，担负着养育后代的重任。鉴于妇女有胎、产、经、带、前阴、乳疾等特殊病症，他认为：“妇人之病，比之男子十倍难疗。”由于妇女与小儿生理上的特点，不同于男性和成人，因此在治疗上必须设置专科。这是祖国医学上的巨大进步，这一创举为妇、儿科成为专科奠定了基础。