刊於1590年的《本草綱目》更加接近是一本博物書，一本對所見到的動植物礦物等進行分門別類的博物誌，而非醫學領域內的藥學著作。

《本草綱目》是以宋朝唐慎微的醫藥學類書《證類本草》為資料主體增刪考訂而成的，分為16部（水、火、土、金石、草、谷、菜、果、木、服器、蟲、鱗、介、禽、獸、人）60類。每種藥物分列釋名（確定名稱）、集解（敘述產地）、正誤（更正過去文獻的錯誤）、修治（炮製方法）、氣味、主治、發明（前三項指分析藥物的功能）、附方（收集民間流傳的藥方）等項。全書收錄植物藥有881種，附錄61種，共942種，再加上具名未用植物153種，共計1095種，佔全部藥物總數的58%。李時珍把植物分為草部、谷部、菜部、果部、木部五部，又把草部分為山草、芳草、濕草、毒草、蔓草、水草、石草、苔草、雜草等九類。

《本草綱目》改進了中國傳統的分類方法，格式比較統一，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。其中有些部分，並未加以詳細查證就記錄的條目，李時珍是採取採“凡經人用者，皆不可遺”的以姑妄信之態度加以收錄的。

清朝乾隆三十年（1765年）藥物學家趙學敏撰《本草綱目拾遺》，用意在拾遺補正《本草綱目》，其中新增716種藥材，補充161種藥物內容，糾舉錯誤34條。