李时珍借用朱熹的《通鉴纲目》之名，定书名为《本草纲目》。嘉靖三十一年，着手编写，至明万历六年三易其稿始成，前后历时二十七年。因编着时间长，规模庞大，《纲目》一书，乃父乃子及弟子庞鹿门均参与编写，次子建元为书绘图，可谓以李时珍为主的一本集体着作。
《本草纲目》凡十六部、五十二卷，约一百九十万字。全书收纳诸家本草所收药物一千五百一十八种，在前人基础上增收药物三百七十四种，合一千八百九十二种，其中植物一千一百九十五种；共辑录古代药学家和民间单方一万一千零九十六则；书前附药物形态图一千一百余幅。这部伟大的着作，吸收了历代本草着作的精华，尽可能的纠正了以前的错误，补充了不足，并有很多重要发现和突破。
李时珍打破了自《神农本草经》以来，沿袭了一千多年的上、中、下三品分类法，把药物分为水、火、土、金石、草、谷、莱、果、木、器服、虫、鳞、介、禽、兽、人共十六部，包括六十类。每药标正名为纲，纲之下列目，纲目清晰。书中还系统地记述了各种药物的知识。包括校正、释名、集解、正误、修治、气味、主治、发明、附录、附方等项，从药物的历史、形态到功能、方剂等，叙述甚详，丰富了本草学的知识。
李时珍在植物学方面所创造的人为分类方法，是一种按照实用与形态等相似的植物，将其归之于各类，并按层次逐级分类的科方法。李时珍将一千多种植物，据其经济用途与体态、习性和内含物的不同，先把大同类物质向上归为五部，即草、目、菜、果、谷为纲。部下又分成三十类如草部九类、木部六类、菜、果部各七类、谷五类是为目，再向下分成若干种。不仅提示了植物之间的亲缘关系，而且还统一了许多植物的命名方法。
李时珍感其时代的中医脉学存有缺憾甚至谬误繁多，便依其父李月池所着《四诊发明》及历史上其他多家脉论精华，于一五六四年编着成《脉诀》，即《濒湖脉学》。
《濒湖脉学》为李时珍所着，以号命书，是为“濒湖脉学”。《濒湖脉学》语言简明，论脉清澈，不但把临床复杂脉象总结归纳成基本的二十七种脉象，而且还把主要内容，即脉象、相类脉鉴别、脉象主病，皆以韵文歌括形式撰述，便宜诵记，因此上其书流传深广，历来受医家推崇。《濒湖脉学》对中医基础理论研究和临床实践具有重大的指导意义，为中医典范之作。
《奇经八脉考》，约撰于一五七七年，一卷。本书考证历代文献，对奇经循行和主病，详加说明，且附已见。
轶事典故，雨湖传说：李时珍出生那天，他的父亲李言闻正在雨湖上打鱼。平常运气还不错，这一次却连下几网都一无所获，李言闻很丧气。最后一网拉起来感觉沉甸甸的，心中暗喜，以为是条大鱼，原来是一块大石头。李言闻叹道：石头呀石头，我与你无冤无仇，今日为何捉弄我？叫我愁上加愁。石头突然也说话了：石头呀石头，前来贺喜不用愁。先生娘子快落月，不知先生有何求？原来这石头就是雨湖神。李言闻急忙赶回家，正好李时珍生下地，于是给他起名叫“石珍”。当晚李言闻又做了一个梦，梦见仙人铁拐李前来道喜说：“时珍时珍，百病能诊。做我高徒，传我名声。”
死人诊活：一天，李时珍和大徒弟王广和来到湖口，见一群人正抬着棺材送葬，而棺材里直往外流血。李时珍上前一看，见流出的血不是淤血而是鲜血，于是赶忙拦住人群，让抬棺材的人停下来，众人听了，面面相觑，不敢相信。李时珍看出了大家的心思，反复劝说，终于使主人答应开棺。先是进行了一番按摩，然后又在其心窝处扎了一针，不一会儿，就见棺内的妇人轻轻哼了一声，醒了。不久之后，这名妇女又顺利产下一个儿子，原来这名妇女是因难产而陷入假死。
活人诊死：李时珍还可以“活人断其死”的。一天，有家药店老板的儿子大吃大喝后，纵身翻越柜台，请李时珍诊脉，李时珍告诉他，小兄弟，你活不了三个时辰了，请赶快回家去。众人都不信，那个药店老板的儿子更是大骂不止。果不其然，不到三个时辰，这个人便死掉了。原来是此人吃饭过饱，纵身一跳，肠子断了，内脏受损。。
曼陀罗花：有人说，北方有一种药物，名叫曼陀罗花，吃了以后会使人手舞足蹈，严重的还会麻醉。李时珍为了寻找曼陀罗花，离开了家乡，来到北方。终于发现了独茎直上高有四五尺，叶像茄子叶，花像牵牛花，早开夜合的曼陀罗花，为了掌握曼陀罗花的性能，亲自尝试，并记下了“割疮灸火，宜先服此，则不觉苦也”。证实了单独使用大豆是不可能起解毒作用的，如果再加上一味甘草，就有良好的效果。
善对：李时珍自幼聪颖善对，还没上学就跟着父亲认熟了好多字。刚入学时，私塾先生望着被树木环抱的远山，出了上联：“远声隔林静。”李时珍当时虽然只有八岁，但见朝霞分外明媚，过往旅客早已登程，便脱口对道：“明霞对客飞。”有位药铺主人，膝下有一个女儿，聪慧而美貌，为了给女儿选择一个才华出众的男子结为伴侣，决定用药名作上联征婚：“玉叶金花一条根。”许多求婚者望联兴叹。其中有一位姓马的青年为人忠厚，只是略欠文采，他不得不求李时珍帮忙。李时珍少年助人为乐，脱口对道：“冬虫夏草九重皮。”铺主见马公子比较英俊，又交给他一副上联，限一天对上。