批判继承和调查研究是李时珍研究的重要方法。他研究每味药，总是先参考诸家本草，考核诸家异同，用自己观察试验结果，加以参证：《本草经》中只载枸杞之名，未言明药用部位;《名医别录》指出根大寒，子微寒;《药性论》谓枸杞甘平、子、叶皆同，《本草衍义》说枸杞是梗皮，李时珍说：“窃谓枸杞：苗、叶，味苦甘而气凉;根，味淡气寒;子，味甘气平，气味既殊，则功用当别。此后人发前人未到之处也”。李时珍经过研究，在批判继承的基础上，推陈出新，“发前人未到之处”，这种精神，贯穿于他的全部研究活动中。
李时珍躬亲实践，广泛向劳动人民学习，注意调查研究，是他又一重要研究方法。莶一药，众说纷坛，有谓似酸浆，有说为苍耳，有曰即地菘;李时珍经过广泛征询，聚诸草谛视，得出莶即猪膏母之确论，他从京师还，见车夫用旋复花治跌打损伤，遂肯定其益气续筋，补劳损之功。邻家小儿食积，偶取羊食之，归而大吐愈，李时珍因此首载此品种入本草。他从猎户口中知虎骨强志壮神之功能;从菜农处明确芸苔即油菜，从工人处学得防止采矿中毒之法，山人、渔翁、农夫、皮匠、猎户，都是他的老师，使他从调查研究中获益非浅。
历史考证方法是李时珍常用的科学方法。通过文献考柬，《本草纲目》中记载了来自天竺、大食、南洋、胡人、蕃人及由梵文、佛经中得到的医药知识。经过历史考证，指出“按《本经》胡麻亦名巨胜，《抱朴子》云，巨胜一名胡麻，以黄麻于及大藜子伪为胡麻，误而又误矣，不可不辨”。
