秦汉是中国药物与方剂及其学术体系奠基的时期。在大量临床实践经验积累的基础上，药物与方剂所涉及的领域大大开拓。以《神农本草经》和《伤寒杂病论》中的方药及其理论最有代表性。它们分别被后世誉为“本草学经典”和“医方之祖”，对秦汉以前的方药及其学术理论是一个阶段性总结，对以后的药物方剂的发展产生了深远的影响。
《神农本草经》为先秦至秦汉药物学的集大成之作，它反映了东汉以前药物学术经验及其成就。
（一）创设药物分类法
《本经》问世以前，药物知识和用药经验已有相当积累，随着药物种类的日益增多，迫切地需要对药物进行分类。
《本经》首创上、中、下三品分类法。
三品分类法是基于当时人们对药物性能、功效和临床应用而得出的，对促进药物学的发展产生过积极的影响，陶弘景在《神农本草经集注》中指出：“上品药性，亦皆能遣疾，但其势力和厚，不为仓卒之效……。中品药性，疗疾之辞渐深，轻身之说稍薄，於服之者，祛患当速。而延龄为缓……。下品药性，专主攻击，毒烈之气，倾损中和，不可常服，疾愈即止……。”
在三品分类的体系中，每品中都包含着以药物自然属性分类的思想，每类中又可划分为若干小类。对汉代及其以前按“草木虫石谷”“五药”分类法有所发展，对陶弘景依自然属性进行药物分类的系统提出，有着启发作用，并且为陶弘景诸病通用药分类法的形成提供了可资借鉴的经验。
（二）系统地提出了关于药物的基本理论
主要包括以下几个方面：
发展了君臣佐使药物配伍的学说。《本经》云：“药有君臣佐使，以相宣摄合和，宜用一君二臣五佐，又可一君三臣九佐也。”君药即主药，在方中起主导作用，臣、佐、使逐级以配合主药的作用。
提出反映药物各种相互关系的七情合和的学说。《本经》云：“药有阴阳配合，子母兄弟，根叶华（花）实。草石骨肉，有单行者，有相须者，有相使者，有相畏者，有相恶者，有相反者，有相杀者。凡七情合和当视之，相须相使者良，勿用相恶相反者。若有毒宜制，可用相畏相杀。不尔，勿合。”
发展了关于药物四气五味的理论。指出了关于药物性味、采集时间，干药收藏，地道药材，主熟炮炙，真伪鉴别，宜新宜陈等。提出了有关药物的采集炮炙、加工等理论。
发展了药物制剂的学说。这些论述对药物的制剂起着重要的启迪作用。
（三）阐述了临床用药的基本指导思想
《本经》指出：“凡欲治病，先察其源，先候病机，五藏未虚，六府未竭，血脉未乱，精神未散，食药必活。若病已成，可得半愈。病势已过，命将难全。”把药物与临床治疗紧密联系起来，进行考察，以免妄药。并指出药物并非万能，贵在于可治之时尽早防治。“若毒药治病，先起如黍粟，病去即止，不去倍之，不去十之，取去为度。”在使用有毒性的药物时，其用量应根据病情，宜从小剂量开始，若不愈再慎审地逐渐加量，以愈为度。
（四）正确分析和科学记载了大量药物的功效
如《本经》所载：人参“主补五藏，安精神，定魂魄、止惊悸，除邪气，明目，开心，益智。”菊华（花）“主风头眩肿痛，目欲脱，泪出，皮肤死肌，恶风湿痹，久服利血气。”黄芩“主诸热黄疸，……，逐水下血闭，恶疮、疽蚀火疡。”黄连“主热气、目痛……，明目，肠，腹痛下利，妇人腹中肿痛。”当归“……，温疟寒热洗洗在皮肤中，妇人漏下绝子，诸恶疮疡。”海藻“主瘿瘤气，颈下核，破散结气，……。”等等。这些理论与用药经验，在长期临床实践中证明是正确的，被历代医药学家所遵循，其中许多药物之药理作用已为现代科学研究所证实，如人参补益、麻黄定喘、黄连止痢、海藻治瘿等，至今仍是常用的有效药物。《本经》还对炼丹术、丹药，以至少数民族地区的用药知识与经验，也给予记述。
但是，在《本经》中还杂有一些“神仙方术”、“长生不死”等迷信思想，应在整理研究的基础上予以批判的接受。
中国炼丹术起源于先秦，至秦汉时期更加兴盛，特别是东汉时期炼丹士与道教联盟，为魏晋时期炼丹活动打下了基础。
炼丹者的主观期望是使贱金属矿物变为贵金属，实际上却对于药物化学的发展多有贡献。
《神农本草经》中所记载的炼丹原料还有曾青、空青、石胆、朴硝、消石、石流黄、铅丹、石钟乳等及其提炼物。《周易参同契》记载了鼎炉等炼丹器具和炼丹所用的汞、铅、硫黄、胡粉、铜、金、云母、丹砂等。炼丹所得结果，可作外疮用药。武威汉简《治百病方》中载有用丹药治麻风病的方剂，关于尸体防腐使用汞、丹砂者在秦汉前后也不乏文献记载和考古证明。
方剂学的成就是《伤寒杂病论》的主要贡献之一。汉代是方剂学大发展的时期，《汉书·艺文志·方技略》记有经方11家，274卷，但魏晋以后已亡佚。东汉末年成书的《伤寒杂病论》，必然对秦汉以来医家遗方及同时各家的方剂进行了广泛择取。它以六经辨证和脏腑辩证为准则，灵活地运用于外感伤寒与内伤杂病的治疗中。
据统计，《伤寒论》收载方剂113首（其中禹余粮丸有名无方，故实为112首），《金匮要略》收载方剂262首，除去二书重复者，实得269首。《伤寒论》中的方剂可分为十二类，如桂枝汤类19方，麻黄汤类6方，葛根汤类3方，柴胡汤类6方，栀子汤类7方，承气汤类12方，泻心汤类11方，白虎汤类3方，五苓散类4方，四逆汤类11方，理中汤类9方，杂类22方。《金匮要略》中方剂较《伤寒论》更为丰富，如其分痰饮为四种：痰饮、悬饮、溢饮、支饮，分析其病机，辨别其寒热：选用方剂达16种，涉及药物30种。
从对《伤寒杂病论》中方剂的分析来看，该书对方剂的配伍关系和加减变化，已相当严格，达到很高的水平，用于治疗伤寒病太阳经表实证的麻黄汤，药只四味，但配伍法度严谨，选药精审恰当，再者，注意依据不同情况而加减变化，如用于治疗中风表虚证的桂枝汤，由它加减变化而成的方剂达19种。方剂的加减变化也极有法度，体现了有常有变的遣方用药原则。
在方证结合方面，《伤寒杂病论》充分体现了因证立法、以法系方、据方用药的准则。如“以下有痰饮，胸胁支满，目眩，苓桂术甘汤主之。”痰饮为饮邪留于心下，阻碍虚阳所致，方中用茯苓健脾淡渗，桂枝温阳化气，白术运脾燥湿，甘草调和脾胃，共奏健脾渗湿、温化痰饮之效，而所依之法，则在于“病痰饮者当以温药和之”。理法方药，契合得当。
在剂型方面，《伤寒杂病论》在记述的剂型远远超过了前代各类医书的记载，有汤剂、丸剂、散剂、酒剂、洗剂、浴剂、熏剂、滴耳剂、灌鼻剂、软膏剂、肛门栓剂、阴道栓剂等。针对不同病情采用适当的剂型，有助于疗效的提高。
《伤寒杂病论》中的方剂大多切合临证，疗效可靠，如白虎汤治暑温、茵陈蒿汤治黄疸、白头翁汤治痢疾等等，一直为后世医家所袭用，并尊为“经方”。