《本草綱目》可稱我國十六世紀為止最係統，最完整，最科學的醫藥學著作。這樣的論斷自然不在於李時珍用了幾乎一輩子時間閱讀實踐，而在於它無與倫比的實用性。
麵對浩瀚的本草寶庫，如何駕馭，操縱它便成為最關鍵的問題，可以說這是李時珍最大的貢獻之一。
我國古代哲學名著《易經》提出"方以類聚，物以群分"的原理，提倡"析族區類"的分析研究方法。李時珍很智慧地繼承發展了這種優秀的思維傳統，繼承了古代藥學的分類成果，運用分類方法按藥物的自然屬性，創立了"三界十六部"分類法。
他鑒於以往本草著作存在"水火不分，草木互混"，以致"或木居草部，或蟲入木部，水土共居，蟲魚雜處"等分類上的混亂，突破那沿襲一千多年的《神農本草經》所使用的上、中、下三個檔次的分類法，改造《證類本草》的十三部分類法，創立了"三界十六部"分類法。
它首先把近1900多種藥物，按其自然特性，分為無機物界，動物界，植物界三界——
無機物界包括水、土、火、金石四部；
動物界包括草、穀、菜、木、服、器六部；
動物界包括蟲、鱗、介、禽、獸五部，而添以人部。
三界共計十六部，《本草綱目》不標界名，直以部為總綱。李時珍又以為這藥物本無上下品之分，依據不同病情藥效不同而已。廢除三名分類可以說是藥物分類學上重大的裏程碑。
自然，研究本草是為了治病，對每味藥物的氣味，主治，附方加以單個分析，目的是對每種藥物能循名責實，明體達用。而醫生開處方往往並非先分析藥性，正相反，是從病症入手，再考慮所需藥物，為了實用方便，李時珍發展了陶弘景的主治藥分類法，又力矯其"略而不切"之弊。
李時珍按病機分類，共列113種主病，按內、外、婦、兒四科用藥，即有內服，也有外用。藥名之下，載有用方，每種藥物特別注明劑量及服用方法。
例如血虛的主治藥，共列二十七味，草木類藥物十三味，如地黃、麥門冬、澤蘭、黃辟、當歸、丹參、玄參等；介獸類藥物十四味，如龜板、綠毛龜、阿膠、牛乳、羊肝、羊胃等。又在"地黃"下麵，詳細注明用法："男子五勞七傷，女子傷中失血。同人參、茯苓熬瓊玉膏。釀酒者粥皆良。麵炒研磨酒服，治男女諸虛積冷，同菟絲子丸服。"按病症歸納主治藥的分類方法，其優越性在於便於因病尋方，幫助處方者因病製宜，作出最優選擇，以應爭需。
將治同一病症的諸藥物全盤托出，便於按當時當地的可能條件進行選擇，說白了，就是這藥價有貴賤，處方時還要根據病症需要，考慮藥物的獲取及經濟的負擔。
李時珍建立此般分類，可謂心細如發，用心極深。
另外，還有一種"藥物歸經"分類法，用今天的理解，便是一種辯證用藥分類法，。
中醫學把人體髒腑功能機製分為十二經，李時珍也將藥物歸經性分為六陽經、六陰經，並將《本草綱目》的許多藥物，都詮明歸經屬性，強調藥物屬氣、屬血的分別。但此法不可拘泥，如搭配不同，則可以改變歸經去向，如常山，蜀漆，"得與梅，鯪鯉甲則入肝；得小麥，竹葉則入心，得麻黃、秫米則入肺；得龍腎、附子則入腎；得草果、檳榔則入脾"。