醫學和生理學在意大利據說特別發達。據希羅多德說，克羅同城邦的醫生特別著名，一個叫戴謨凱代斯的醫生先後做過厄吉那、雅典的國醫，獲得很高的收入。他後來還到了薩摩斯，成了僭主波裏克拉特斯的私人醫生。薩摩斯被波斯攻占後，他作為俘虜被送往波斯宮廷，因治好了國王大流士的踝關節而深得寵信。但他深知，波斯絕非久留之地，因此在治好王後阿托撒的乳腺炎後，借機回到了意大利。當波斯使節到克羅同要人時，克羅同人拒絕了他們的要求，把戴謨凱代斯留了下來。另據記載，畢達哥拉斯學派的阿爾克美昂不僅是個著名醫生，而且不顧當時的宗教習俗，解剖了人體，發現了視覺神經。而恩培多克勒利用疏浚河道的辦法，撲滅了塞林那斯的瘟疫。據說有一次他還治好了一位被認為已死了1個月的婦女，因而被西西裏人奉為神人。
阿那克薩戈拉對動物學有一定的研究。他注重從生理角度解釋動物中的某些變異。據說有一次有人牽來一隻羊，此羊隻有一隻角。預言家蘭彭聲稱，此事預兆城邦中會發生兩派爭鬥，鬥爭的結果是一派得勝，並將獨攬大權。阿那克薩戈拉十分不滿，認為這純粹是自然現象，其原因隻是另外一隻犄角被封住，未能順利長出來而已。他下令將羊宰殺，打開羊的頭顱，將其原因向眾人展示。他的這些舉動顯然讓雅典的保守分子不高興，因而被控瀆神，他隻得逃離雅典。
古典時代的希臘各城邦，都把公民視為城邦的命根子，對公民的健康相當重視，有些城邦專門由城邦出錢聘請醫生，前述戴謨凱代斯隻是其中的一個。不過，各邦願意聘請的可能都是些有名氣的醫生，更多的醫生或者自己開辦診所，或者四方遊醫。
另一方麵，由於科學和文化知識水平的限製，人們對疾病的認識仍然十分不夠，對許多疾病，尤其是瘟疫無可奈何。公元前430年雅典的大瘟疫，民眾死亡枕藉，醫生們束手無策。到這種時候，迷信和宗教就會抬頭，人們不免會去求神問卜。在整個古典時代，求神問卜是人們治療頑疾的最後手段。公元前5世紀末，希臘各地興起了阿斯克列皮奧斯崇拜，雅典人鄭重其事地舉行儀式，把這位醫神從外地請來。但香火最旺的是位於伯羅奔尼撒的阿斯克列皮奧斯聖地。據說當人們在廟中睡覺時，醫神會在夢中治好他們的病，個別人則得到藥方，照章抓藥，居然也有靈驗的。
希波克拉底正是在這種背景下從事醫學研究和行醫的。希波克拉底（約公元前460～前377年）是古希臘著名醫生，歐洲醫學的奠基人，被稱為“醫學之父”。對於這位古代希臘名氣最大的醫生的生平，我們了解得並不多。他大約公元前460年出生於科斯島，從小就隨父行醫，曾在希臘、小亞細亞、黑海沿岸及北非等地行醫，還曾在故鄉科斯島的醫學學校裏從事過醫學教育。他生前已享有很高的聲譽，柏拉圖曾在其書中兩次提到他，且稱他為“科斯島的神醫”，稍晚的亞裏士多德也稱他為偉大的醫生。他活了八十多歲，最後逝於帖撒利。
與當時的多數醫生不同，希波克拉底十分重視理論總結，寫有不少著作。現今流傳的歸於他名下的著作未必都出自他的手筆，但肯定有一部分是由他完成的。這些著作涉及古代醫學的各個方麵，大體反映了當時的醫療水平和他本人的醫學思想。
希波克拉底不相信“神賜疾病”的謬論，認為所有的病，包括當時他及其同代人還不太理解的癲癇病在內，都是由某些內、外原因引起的。就內部原因來說，他提出了四液理論，認為人類機體是由血液、粘液、黃膽、黑膽四種體液組成的。這四種體液不同的混合比例造成了人的不同氣質，它們中哪一種體液占優勢，便體現為哪一種氣質，如血液多者為多血質，粘液多者為粘液質，一旦體液失調，身體就會發病。就外部原因來說，自然環境對人的影響至關重要，所以一個醫生在到達一個地區時，對該地區的坐落方向、土壤、水質、氣候、飲食習慣、生活方式等都應有所了解。而在治療過程中，醫生除充分研究病情外，還應考慮病人的體質、家庭，力求多方協調，達到藥到病除的目的，否則，很可能事倍而功半。
對於許多具體的疾病，希波克拉底也都進行了研究。他對尿路結石、骨折、顱傷、關節複位等病症及人體結構都有十分精確的知識。
希波克拉底的最大功績就在於把醫學從原始巫術中解放出來，以理性態度對待疾病和治療，為醫學奠定了科學基礎。在外科學方麵，希波克拉底也作出了重大貢獻。當時的宗教習俗禁止人體解剖，希波克拉底等人衝破禁令，秘密進行了人體解剖，取得了許多關於人體結構的知識，為外科學奠定了堅實的基礎。
希波克拉底堅信人的各種疾病均是生理失調和外界影響所致，並首倡體液學說。他十分重視自然環境、外在條件對人類健康的影響，強調醫生應注意各種因素對人體的影響，這與現代生態學的觀點十分接近。在病因和治療方麵，他也有很多創見，如強調自然法，不輕易用藥而相信自然的康複力等。
希波克拉底給後世影響最大的應是他為醫生這一職業確立的道德規範，這就是後世通稱的“希波克拉底誓詞”。其內容大致是：尊敬師長父母，悉心向他們的子女傳授醫學知識；用盡全力，采取有利於病人的醫療措施，不給病人帶來痛苦與危害；不把毒藥給任何人；進入別人的家，隻是為了看病，不為所欲為，不受賄賂，不勾引異性；有關別人的私生活，不管與醫務是否有關，絕不泄露。這些內容包含了醫生的主要職業規範，因而在西方傳了兩千多年，1948年，世界醫協大會通過了以“希波克拉底誓詞”為藍本的《日內瓦宣言》；次年，世界醫協大會又把它宣布為國際醫務道德準則。“希波克拉底誓詞”因此成為全人類的寶貴遺產。
希洛菲洛斯和厄拉西斯托拉圖是當時亞曆山大裏亞最著名的兩位醫生。希洛菲洛斯寫過《論解剖學》、《論眼睛》等著作，可惜都已散佚，僅有少數殘篇保留在蓋侖的著作中。他論解剖學的著作先介紹解剖的一般指南，接著便詳細描述了人體的神經、脈管、消化、生殖、骨骼等係統。他用專章討論了肝髒的構造及其功能。由於擁有豐富的解剖學知識，他對許多問題的認識超過了希波克拉底學派，比如在大腦問題上，他不僅批駁了亞裏士多德心為智慧之源的錯誤，而且區分了大腦和小腦，認識到腦與脊椎、神經之間的聯係。他仔細研究過各種病例，現今使用的某些疾病的名稱仍是由他命名的，有些疾病則是由他首先發現的。
厄拉西斯托拉圖比希羅菲洛斯稍微年輕一些，也是一位有名的解剖學專家。他正確地描述了會厭軟骨在防止食物進入呼吸道中的作用，對大腦、心髒的構造有了進一步的認識。他考察了整個人體中動脈和靜脈的分布狀況，觀察到人的肉眼所能及的微血管。他認為人體吸進空氣後，空氣由肺進入心髒，在心髒內變成活力靈氣後隨動脈輸向全身，其中一部分在大腦中轉變為供思維的靈魂靈氣，然後靈魂靈氣再分布到全身。在這裏，厄拉西斯托拉圖實際已有了初步的血液循環概念，認識到心髒類似水壓泵，動脈、靜脈之間存在著某種看不見的聯係。有了初步的血液循環概念。在西方醫學史上，這是一個重大突破。
希臘化時代所興起的重視人體構造和人體解剖的傳統，使西方醫學較早打破了對人體的神秘觀念，把醫學建立在嚴格的生理解剖基礎上，有利於醫學的進一步發展。因此，希臘化時代醫學的發展是西方醫學發展史上的重要裏程碑。