这一时期也是中国药物学的奠基时期。药物是治疗疾病的重要手段之一。周礼中已经提到"五药"，后代專家认为当时的五药即指草、木、虫、石、谷。先秦时期后一些著作如《山海经等，就提到许多可以防病、治病的药物，包括动物、植物、矿物，共100多种，大多用于防病治病，其病种达50多种。《汉书中有数次提到"本草"、"本草待诏"，说明当时对药物已有一定的系统认识。在这个基础上，终于出现了总结性的药物学著作《神农本草经。
与《内经相似，一般也认为《神农本草经非一人一时之作，而是经过长期的治疗实践，由不同医家逐渐积累而成之集体著作，而冠以"神农"则是后人为提高该书之性加以托名。该书早佚，经后人辑佚研究，认为全书共收载药物365种，其中植物药252种，动物药67种，矿物药46种。据当时的认识，把这些药物依其治**能和使用目的，分为三大类，名为三品，这较前代"五药"的分类已有认识上的进步。三品即为上、中、下三品：上、中二品各120种，下品125种。当时认为，上品是的、具有补养作用的药物，可以久服，使人;中品或有些毒性、或则，即可以治病也可用于补养;而下品125种一般多为有毒性之药物，只能用于治病，不可久服。这种分类法虽较原始而粗放，但对于当时的医药学，特别是治疗学，具有积极的意义。 《神农本草经还提出药物学的一些初步的理论问题，如组方的君、臣、佐、使原则，药物的七情和合，药物的四气五味等等，都为药物学和方剂学的发展提出一些理论问题。书中还提到药物采收的时间、药物炮制、收贮方法等等。据此书记载可知，当时的疾病已包括内、外、妇、五官等方面的病证。《神农本草经对后世药物学的发展也有较大的影响。