為了編修超過前人的本草，需要繪圖繪畫技藝，中國自古重書畫藝術的教育，李時珍從小喜歡觀察自然，很細緻地瞭解動植物的形態，這給他後來繪圖帶來一些方便。但是，要畫得準確、生動、鮮活，李時珍必須學會國畫的一些技巧，以及臨場寫生。為此，李時珍拜了畫匠為師，細心學畫，練就一手繪圖繪畫的好手藝。好在，後來在李時珍精心指導下，其長子李建中畫藝日臻精湛，他最終承擔了《本草綱目》1000多幅藥物圖的繪製工作。
李時珍30餘歲決心編修本草藥典，即身體力行，蒐羅百氏，窮覽群書，躬親試驗，刪增編撰，又經過30餘年，基本上編成《本草綱目》，這時的李時珍已經60多歲了。
編撰《本草綱目》是一項浩大的工程。首先是整理已蒐集的筆記數據，為修《本草》，李時珍曾認真查閱過800多種參考書，傾聽過千萬人的意見，行程萬餘裡，僅記錄下來的筆記，就有幾百萬字。在「注所館」專門有一間大屋，裝有幾櫃子的筆記，這是寶貴的數據。整理資料的核心工作是逐項分類，以便按圖索驥，信手拈來。本草學本屬繁瑣之學，況且外加幾百萬字的本草資料，怎樣分類好呢？
大千世界，物各有性，性各有用，舉凡土石草木，鳥獸蟲魚，宏微鉅細，無所不包，如何嚴密組織，整理成章，有條不紊地注人冊籍編成圖書，是歷來治本草學者所關注的大事。
自從《神農本草經》創始，藥分3品，上藥為君藥，主養命；中藥為臣藥，主養性；下藥為佐使，主治病。論述時按照上中下三品分類的藥物解說，然後每藥均依次分記其名稱、性味、主治病症、藥的別名和產地環境等。《神農本草經》開後世藥物分類學之先河。
後來，陶弘景修《本草經集注》時，在上中下「3品」分類之下，又按照藥物在自然界的屬性改分6類，即玉石類、草類、木類、蟲獸類、果菜類、米食類，再加上「不詳」，總計7類。
此後，雖經唐宋重修本草，但都循行陶氏故轍，未脫「3品」分類的窠臼。這樣積習成規，習以為常，很難釐正，亦即所謂積重難返。
李時珍慧眼卓識，通盤審視了歷代各家的本草分類利弊，吸收其中有益經驗，摒棄三品分類的陳規，首創了本草學上的「振綱分目、部類細目」的科學分類方法。這種分類方法十分接近「界、門、綱、目、科、屬、種」的西方分類方法。
《本草綱目》以藥物的天然來源及屬性為綱，把藥物分成16部，同一部的藥物又以相近的類別為目，全書分60類目。最具有創造性的是對動物類藥物的分類。李時珍把444種動物藥分成蟲、鱗、介、禽、獸、人等6部，已十分接近無脊椎動物、魚類、爬行類、兩棲類、鳥類等西方分類方法……
李時珍的分類敘述方法，條分縷析，讀者可一目瞭然，保證了本草學豐富的博物內容與科學的組織形式的完美統一，使古代本草學開始具備現代藥物學的形式。
偉大的《本草綱目》，成書於明萬曆六年(公元1578年)，全書共52卷，近200萬字，收載藥物 1892種，比歷代本草增加374種，附圖1109幅，附藥方11096首，列16部為綱，分60類為目。
李時珍治學嚴謹，在《本草綱目》寫成後，為了把這部書編寫得更充實、更完備，又用了10多年時間，先後做過3次大規模的修改，每次修改，幾乎都是推翻成稿，重新編寫。
《本草綱目》不僅在現代藥物學和醫學的研究工作中起到重要作用，同時在植物、動物、礦物、天文、地理、哲學、文學、化學等方面的價值和作用，也逐漸被人們所認識。因此，植物學家、動物學家、礦物地質學家、生物學家、化學家乃至哲學家、史學家、思想家、文學家都以極大的興趣涉足到這個領域來尋金探寶。
一部《本草綱目》為什麼具有那麼大的生命力？為什麼影響那麼深遠？關鍵在於它不僅深刻地揭示了「本草」的規律和本質，正確地預示了它的未來，同時還相應地揭示了自然界其它領域的一些規律和本質，並正確預示了它們的未來，而且不斷地被實踐所證實。
在化學方面，李時珍通過對礦物類藥物的研究，對十九種單質和幾十種化合物進行了論述。在有關論述中，他指出了用物質的比重和溶解度的不同來分離混合物的可能性；他記敘了從馬齒覓中提取汞和從五倍子中提取沒食子酸的方法。此外，他對蒸餾、蒸發、升華、結晶、沉澱、乾燥、燃燒等與製藥有關的化學實驗方法也進行了初步研究。
此外，在解剖學、礦物學、氣象學等方面，李時珍也進行了一些卓有成效的研究，留下了一些重要論述。
在化學方面，李時珍通過對礦物類藥物的研究，對十九種單質和幾十種化合物進行了論述。在有關論述中，他指出了用物質的比重和溶解度的不同來分離混合物的可能性；他記敘了從馬齒覓中提取汞和從五倍子中提取沒食子酸的方法。此外，他對蒸餾、蒸發、升華、結晶、沉澱、乾燥、燃燒等與製藥有關的化學實驗方法也進行了初步研究。
此外，在解剖學、礦物學、氣象學等方面，李時珍也進行了一些卓有成效的研究，留下了一些重要論述。
