孙思邈是一位具有革新精神的医学家。他在论病、用方、用药等方面，虽然注重参照古代医经，但却并不拘泥死守，而是善于结合自己的经验，兼取各家之长，能够冲破传统，大胆创新。他看病总是“精问察之”，“至意深心，详察形候，纤毫勿失；处判针药，无得参差。”形成了自己严谨的诊疗作风。孙思邈博采众家，以成“一家之学”，开创中医学史上一代新风。
孙思邈行医特别重视常见病和多发病的诊疗。他发现山区人民易得瘿瘤(粗脖子病，即甲状腺肿大)，经过观察分析，他指出这种病是由于长期饮用了山中一种不洁净的水引起的，他用昆布、海藻、鹿靥、羊靥等含磺较多的药物来治疗这种病，取得了好效果。孙思邈详细记述了脚气病的症状和治疗方法，这比欧洲医学家论述脚气病大约早一千年(欧洲人首次论述脚气病是在公元一六四二年)。
孙思邈对妇女和儿童的疾病也特别重视。他认为：“生民之道，莫不以养小为大，若无小则不能成大”，认为妇女与男人不同，有胎妊、生产、崩伤的特殊区别。正是妇女、儿童的重要地位和特殊性的认识出发，孙思邈在《千金方》中首列妇科，儿科；“先讲妇人、小儿，然后再论成人和老年的疾患。”其中许多方面至今仍可作为现今妇幼保健、产妇幼儿护理的借鉴。
另外，孙思邈对卫生保健、疾病预防工作也很重视。孙思邈主张人应参加劳动，但不要劳累过度；不要放纵情欲；不要贪味过饱，不可饮酒过量，不随地吐痰，养成良好的卫生和饮食习惯，要加强体育运动，以积极的预防减免疾病的发生。
孙思邈不仅是一位多所建树的伟大的医药学家，而且也是一个有作为的炼丹家。在《丹经内伏硫黄法》中，孙思邈记录了火药的配方。火药是中国古代炼丹家对人类作出的贡献，是我国四大发明之一。孙思邈的《丹经内伏硫黄法》所记火药配方是现存最早火药配方的记录。