它的成就，首先在藥物分類上改變了原有上、中、下三品分類法，采取了“析族區類，振綱分目”的科學分類。它把藥物分礦物藥、植物藥、動物藥。又將礦物藥分為金部、玉部、石部、鹵部四部。植物藥壹類，根據植物的性能、形態、及其生長的環境，區別為草部、谷部、菜部、果部、木部等5部；草部又分為山草、芳草、醒草、毒草、水草、蔓草、石草等小類。動物壹類，按低級向高級進化的順序排列為蟲部、鱗部、介部、禽部、獸部、人部等6部。還有服器部。這種分類法，已經過渡到按自然演化的系統來進行了。從無機到有機，從簡單到復雜，從低級到高級，這種分類法在當時是十分先進的。尤其對植物的科學分類，要比瑞典的分類學家林奈早二百年。
《本草綱目》不僅在藥物學方面有巨大成就，在化學、地質、天文等方面，都有突出貢獻。它在化學史上，較早地記載了純金屬、金屬、金屬氯化物、硫化物等壹系列的化學反應。同時又記載了蒸餾、結晶、升華、沈澱、幹燥等現代化學中應用的壹些操作方法。李時珍還指出，月球和地球壹樣，都是具有山河的天體，“竊謂月乃陰魂，其中婆娑者，山河之影爾”。《本草綱目》不僅是我國壹部藥物學巨著，也不愧是我國古代的百科全書。正如李建元《進本草綱目疏》中指出：“上自墳典、下至傳奇，凡有相關，靡不收采，雖命醫書，實該物理。”藥物解說
在藥物解說方面，本草綱目包括八個部分：
釋名，羅列典籍中藥物的異名，並解說諸名的由來；
集解，集錄諸家對該藥產地、形態、栽培、采集等的論述；
修治，介紹該藥的炮制法和保存法；
氣味，介紹該藥的藥性；
主治，列舉該藥所能治的主要病癥；
發明，闡明藥理或記錄前人和自己的心得體會；
正誤，糾正過去本草書中的錯誤；
附方，介紹以藥為主的各種驗方及其主治。
李時珍根據古籍的記載和自己的親身實踐，對各種藥物的名稱、產地、氣味、形態、栽培、采集、炮制等作了詳細的介紹，並通過嚴密的考證，糾正了前人的壹些錯誤。他在書中介紹和考證了許多來自南亞的藥物，並廣征佛書，給其中許多藥物註出了梵文譯名，這是十分難能可貴的。《本草綱目》改進了中國傳統的分類方法，格式比較統壹，敘述也比較科學和精密，例如：把廣義的“蟲”藥擴充到106種，其中昆蟲藥為73種，分為“卵生”、“化生”和“濕生”三類。對動物和植物的分類學的發展具有很大意義。
《本草綱目》糾正了前人的許多錯誤之處，如南星與虎掌，本來是同壹種藥物，過去卻誤認為兩種藥物；以前葳蕤、女萎認為是同藥，李氏經過鑒別則確認為兩種；蘇頌在《圖經本草》將天花、括樓分為兩處，其實是同壹種植物；前人誤認“馬精入地變為鎖陽”、“草子可以變魚”，壹壹予以糾正之。並且在本書中還加入了許多新的藥物。對某些藥物的療效，李時珍還通過自己的經驗作了進壹步的描述。本書還載敘了大量寶貴的醫學資料，除去大量附方、驗方及治驗病案外，還有壹些有用的醫學史料。
本書不僅是壹部藥物學著作，還是壹部具有世界性影響的博物學著作，書中涉及的內容極為廣泛，在生物、化學、天文、地理、地質、采礦乃至於歷史方面都有壹定的貢獻。
《本草綱目》乃是壹部集十六世紀以前中國本草學大成的著作，書中所收集的資料廣博，“上至墳典，下至傳奇，凡有相關，靡不收集”，因此書中不免有些內容與現代的認識不符，甚至有些可能具有迷信的色彩，例如，鉛粉辛寒無毒，現代則認為有劇毒的；又如其中人部收錄的孝子衣帽、寡婦床頭灰、草鞋、男陰毛治蛇咬、女陰毛治“五淋、陰陽易病”、人魄（人吊死後的魂魄）鎮驚嚇、人肉療羸瘵（割股療親）、人中黃（人糞）治嘔血、梁上塵治昏厥等皆可入藥。這部分李時珍大多引用《輟耕錄》、《本草拾遺》的說法，采以姑妄信之“凡經人用者，皆不可遺”的態度。另外李時珍並駁斥陳藏器的《本草拾遺》，認為吃人肉療羸瘵是錯誤的。不過也正由於巨細靡遺的收錄，使得壹些已散佚的古代醫書及本草借由綱目而保存下來。