神農本草經不僅收集藥物，而且有意識地對收集的藥物進行分類，將365種藥物按上、中、下分為三類，稱為“三品分類法”。分類主要依據藥物的性能和療效。
經典序言中說:“壹百二十味藥為君，主命以應天之需，無毒，久服不傷人”，如人參、甘草、地黃、大棗等；“壹百二十種中藥都是部長，主要修煉是回應人。它們無毒，有毒，所以考慮壹下。”，需要區分藥性來使用，如百合、當歸、桂圓、黃連、麻黃、白芷、黃芩等。；“壹百二十五種藥物為輔，主治因地制宜。有毒，不能長期服用。”如大黃、附子、甘遂、巴豆等。
《神農本草經》也包含了豐富而深刻的藥物理論，奠定了藥理學的理論框架。這部分主要見於序言，相當於書的總論。雖然正文不長，只有13篇，但已經涵蓋了藥理學的方方面面。
以藥物的配伍為例，《神農本草經》提出了方劑的組成原則。所謂君、臣、輔，是社會不同階層的成員，有不同的職能和等級。藥理學用它們來解釋藥物在配伍中的不同作用，如上品藥為君藥，中品藥為臣藥，次品藥為佐藥。組方時要充分考慮藥物的特性，包括君藥、臣藥、佐藥。其比例可按壹君二臣三輔五使或壹君三臣九輔的原則處理。
在藥物配伍中，壹個處方中使用兩種或兩種以上的藥物，相互之間會產生不同的反應:有些藥物在壹起使用時能發揮更大的作用，有些藥物在相遇時會降低另壹種藥物的藥性；有些藥物可以限制另壹種藥物的毒性；有些兩種藥物本身沒有毒性，但如果相遇就會有很大的毒性，不能合用。在《神農本草經》中，* * *總結了單向、互需、互恐、互惡、對立、互殺等七種關系，認為七情要“合而為壹，相為壹”，這就是“七情合而為壹”的配伍原則。
《神農本草經》對各種藥物的功效和主治都有簡要的記載和描述，無疑是對早期臨床藥學寶貴經驗的總結。長期的臨床實踐和現代研究證明，《神農本草經》中所載的關於藥物功效的知識大部分是正確的，其中許多至今仍廣泛應用於臨床，如人參補益、黃連止痢、麻黃止喘、常山止瘧、大黃止瀉等。而且各種藥物治療的疾病種類繁多，約170種，包括內科、外科、婦科、兒科、五官等疾病。此外，神農本草經涵蓋了藥物的性味、來源、采集和炮制方法，以及用藥的原則和方法，極大地豐富了藥理學的知識體系。