孫思邈是一位勤奮好學，學識淵博，具有八十餘年豐富經驗的醫學家。他首先繼承古代醫學遺產，如黃帝內經、《傷寒論》、《甲乙經》、《本草經》、《肘後備急方》中的各家學說，同時吸收名醫名著之所長，花費很大精力，收集整理了民間的單、秘、驗方和種藥採藥技術，以及國外傳入的醫藥知識，在唐高宗永徽三年（公元652年）著成《備急千金要方》（簡稱千金要方），以後又完成了《千金翼方》。這是兩部很重要的著作，孫思邈在書中的自序裡說：人命至重，貴於千金，一方濟之，德逾於此，所以取名千金。
孫思邈突出的成就是集唐代以前醫方之大成，對祖國方劑學的發展起了促進作用。孫思邈在《千金要方》中收集了醫方達5300個，《千金翼方》中所收載的方子也有2000多個，其中不僅限於經文古方，還有俗說單方。這兩部著作對後世影響很大，為唐代以後許多中醫藥書籍所引據，尤其《千金要方》被宋代林億校訂印後（1066年），歷代均有刻印，流傳甚廣。不但為我國醫家所重視，對國外也很有影響，日本曾將其列為醫學生的教科書。日本的《醫心方》和朝鮮的《醫方類聚》均以之為重要參考資料。
此外，孫思邈的貢獻還有下列諸項：
孫思邈非常重視預防，強調‘上醫治未病之病，中醫治欲病之病，下醫醫已病之。’積極提倡進行綜合治療，他認為有些疾病必須同時應用多種療法才能獲得較好的效果。
孫思邈對針灸學也很有研究，首創彩色經絡穴點陣圖，可惜沒能流傳下來。他在《千金要方》卷二十九---叁十及《千金翼方》卷二十六---二十八，計五卷，全是講針灸，於是有人曾稱之為《孫氏針灸經》。他還提出針、灸並施，針、藥並用。
在藥物學方面，他經由上山採藥和大量臨床實踐，累積了豐富的採藥和製藥經驗，並因此嬴得了‘藥王’的桂冠。列舉了二百叁十二種藥物的採集季節還介紹六百八十餘種常用藥材，讓人們隨時採集，以備急需之用。
