《本草纲目》将相类似的药物归并成各个类群，这是比较接近自然界发展变化的进程的。全书打破了自《神农本草经》以来的三品分类方法，三品分类方法将药物分成等级，含有一些唯心主义的成分，更何况长期以来各家本草在长期流传抄袭过程中，三品经常混淆，后加的药物全凭各个作者主观臆断其品属，因此再按照三品的分类方法已经没有意义了。李时珍大胆地推翻了这种分类法，吸取了《证类本草》的优点，并且加以发挥，他公开地宣布他的分类方法是“从微至巨，从贱至贵”。这种分类方法比较科学，符合于从简单到复杂，从低级到高级的进化规律。 《本草纲目》中的无机物是以水、土、金石三部来分类的，共有276种药物。以金石部的分类而言，更分为金、玉、石、囟石等类别。金类主要是金属单体物质、合金和一部分金属矿石；玉则大部分是硅酸类的化合物；石类包括非金属的单体物质及其化合物和一部分金属化合物。而在每一类中大体上又以相同元素化合物按顺序排列的，如卷3是以汞化物、砷化物、钙的硫酸盐和盐酸盐为顺序排列，而石之分类基本上是依照碱金属的氯化物、硫酸盐为顺序的。这种药物的分类与现代药物化学中无机药物的分类的基本精神是一致的。 在植物药方面，他主要是根据了植物的生态、生长习性或者是含有物及植物的形态来进行分类的。我们可以看到在草部中，山草、隰草按照植物的生态环境；而蔓草（即生长时有藤蔓的性状）、芳草和毒草又是按植物体内含有特殊的物质而分类的。其他如果部、木部、菜部等也有类似的分类方法，这和国外古代科学家亚里士多德（公元前384年公元～前322年）和希阿弗拉士（公元前370年～公元前288年）按茎的性状或者是按生态环境来分类是相似的，但却比他们要进步得多。李时珍比瑞典著名植物学家林奈要早170年，林奈在公元1735年发表的《自然系统》一书将植物分成二部24纲，而《本草纲目》的内容比它丰富得多。 在动物分类中，基本上也符合由低等到高等的进化规律。 卵生鱼鳖类山禽 虫部化生介类蚌哈类禽部原禽 湿生水禽 龙畜 鳞部蛇兽部兽 鱼鼠 无磷鱼寓怪类 如鳞部相当于脊椎动物中的鱼类、爬虫类，禽部相当于鸟类。李时珍把猿猴称为寓怪类，并指出他们和人类已是很近似的。对于龙，古代的统治者们认为它是一种神物，而且是天子的象征，但李时珍却将它列入鳞部中。
