首先列举《神农本草经》、《名医别录》、《雷公炮炙论》、《唐本草》等四十一种本草著作，并加简要评介，基本反映出明代以前本草学发展概况；另又附列引用医书二百七十七种，经史百家书籍四百四十种，共计七百十七种。通过引述前人专论如神农本经名例、陶隐居名医别录合药方剂法则、采药分六气岁物、七方十剂、五味宜忌、五味偏胜、标本阴阳、升降浮沉、脏腑虚实标本用药式、引经报使、相须相使相畏相恶诸药、相反诸药、服药食忌、妊娠禁忌、饮食禁忌、李东垣随证用药凡例、张子和汗吐下之法、陈藏器诸虚用药凡例等，使中药理论获得系统整理。卷三卷四为百病主治，大致沿袭宋以前本草“诸病通用药”旧例，以诸风等一百十三种病证为纲，分列主治药物，或于病证下再分若干证，类列药物用法，复设草部、菜部、果木等为小纲，并详其主治，编次有序，便于临证参考。
“释名”下列举别名，并释命名意义；“集解”介绍产地、品种、形态、采收等；“辨疑正误”对历代本草有疑误者予以辨正；“修治”阐述炮制方法；“气味”阐述药物性味及有毒无毒；“主治”包括功效；“发明”侧重阐述药性理论、用药要点及李氏学术见解；“附方”广录以该药为主的主治各科病证的有效方剂。本书在唐慎微《经史证类备急本草》基础上，进行大量整理、补充，并载述李氏发明与学术见解。其主要成就包括:集我国16世纪前中药学之大成，该书首先介绍历代本草的中药理论和所载药物，又首次载入民间和外用药三百七十四种，如三七、半边莲、醉鱼草、大风子等，并附方一万一千零九十六则。显示当时最先进的药物分类法，除列“一十六部为纲，六十类为目”外，还包括每药之中“标名为纲，列事为目”，即每一药物下列释名、集解等项，如“标龙为纲，而齿、角、骨、脑、胎、涎皆列为目”；又有以一物为纲，而不同部位为目。特别是在分类方面，从无机到有机，从低等到高等，基本符合进化论观点。全面阐述所载药物知识，对各种药物设立若干专项，分别介绍药物名称、历史、形态、鉴别、采集、加工，以及药性、功效、主治、组方应用等；同时引述自《本经》迄元明时期各家学说，内容丰富而有系统。对中医药理论有所发明，书中强调对中药应该辨证应用，其中亦有前人所未论及之名言和精辟理论，如辛夷条下有“脑为元神之府”。
书中对过去本草书籍中将两药误为一物者，如葳蕤与女萎；一物而误为两药者，如天南星与虎掌；品种混淆不清者，如百合与卷丹；药用部位失真者，如五倍子误认为果实；药物归类不当者，如将薯蓣列为草类等，均予以澄清更正。书中对妄图长生不老，服食丹石成风现象进行了批判，对黄连、泽泻服之可以成仙，草子可以变鱼等说，亦作了驳斥。本书虽为中药学专书，但涉及范围广泛，对植物学、动物学、矿物学、物理学、化学、农学等内容亦有很多记载。
如在矿物学方面对石油的产地、性状作了详细记述；在化学方面，阐述了检验石胆真伪的方法；在物理学方面，从空气中的湿度变化，以推测雨量的大小；在农学方面，阐述采用嫁接技术，以改良果树品种的方法等。本书通过对药名的探索与考证，阐明某些汉字的字形、读音；也载述一些少数民族和其他国家药名的读音和含义。
还记载契丹族用羊皮、羊骨占卜和写字，吐番人用燕脂化妆等习俗，蒙古族裹于牛皮内治疗外伤方法等。本书保存了16世纪以前大量文献资料，其中有的原书已佚失，有关资料可从本书得以窥见。
传说伏羲因为制造八卦，人奉之为天神，尊其为八卦祖师。远古时代，人对大自然一无所知。天气会变化，日月会运转，人会生老病死，所有这些现象，谁也不知道是怎么回事。人们遇到无法解答的问题，都问伏羲，伏羲解答不了时，感到很茫然，人们为此每天提心吊胆地过日子。伏羲经常环顾四方，揣摩着日月经天，斗转星移，猜想着大地寒暑、花开花落的变化规律。他看到中原一带蓍草茂密，开始用蓍草为人们卜筮。
有一天，伏羲在蔡河里捕鱼，捉到一只白龟，他赶快挖了一个大水池，把白龟养了起来。一天，伏羲正在往白龟池里放食物，有人跑来说蔡河里出了怪物。他来到蔡河边一看，只见那怪物说龙不像龙，说马不像马，在水面上走来走去，如履平地。
伏羲走近水边，那怪物竟然来到伏羲面前，老老实实地站那儿一动不动。伏羲仔细审视，见那怪物背上长有花纹：一六居下，二七居上，三八居左，四九居右，五十居中。伏羲薅一节蓍草梗，在一片大树叶上照着龙马背上的花纹画下来。他刚画完，龙马大叫一声腾空而起，转眼不见了。大家围住伏羲问∶“这是个啥怪物呀？”伏羲说：“它像龙又像马，就叫它龙马吧。”
伏羲拿着那片树叶，琢磨上面的花纹，怎么也解不开其中的奥妙。这天他坐在白龟池边思考，忽听池水哗哗作响，定睛一看，白龟从水底游到他面前，两眼亮晶晶地看着他，接着向他点了三下头，脑袋往肚里一缩，卧在水边不动了。
他面对白龟聚精会神地观察起来。渐渐地，他发现白龟盖上的花纹中间五块，周围八块，外圈儿十二块，最外圈儿二十四块，顿时心里亮堂了，悟出了天地万物的变化规律惟一阴一阳而已。伏羲画出了八种不同图案即八卦图。