明清时期，人们从各个方面积累的生物学知识，不断增加，这首先反映在本草学即药用动、植物的研究发展上。随着人们对新的药用动植物的认识，《证类本草》已显得陈旧、不完善，不能适应时代的要求。1505年，明代统治者令太医院的刘文泰等41人编撰一部新的本草。他们在《证类本草》的基础上编成《本草品汇精要》一书。这部著作将药物增至1815种。每种药物有名、苗、地、时、收、用、质、色、味、性等24项，叙述药物的异名、产地、时节、形态、色泽、性味、功能、配伍、宜忌等。该书的特别是分目详细、叙述简明。有的学者认为，“此书搜采之广，较《本草纲目》为多。而分类去取之谨严，又较《纲目》为精审”。可见这部著作有一定的学术价值。原书附有1358幅比较准确的插图。文字说明主要取自前代的文献，如有关形态鉴别的内容相当部分袭自《图经本草》，新发掘的东西不多。这部本草著作在明代没有刊行，故大大削弱了其对后世影响。
1590年，李时珍经过多年的研究和野外考察，写成了《本草纲目》一书。这是古代本草学上的巨著，对生物学的发展也有重大的推动作用。李时珍（1518～1593）字东壁，晚年号濒湖山人，湖北蕲春人。父亲李言闻是当地小有名气的医生。李时珍自小身体孱弱，10岁以后才能到室外活动。父亲因多次科举应试不中，饱受旧社会民间医生的苦楚。他一心指望儿子能勤读经书，科举成名以改变家庭境遇。虽然李时珍在14岁时就考中了秀才，但是从17岁到23岁，连续三次乡试都名落孙山。先天不足的体质，加上连年苦读的辛劳，李时珍积劳成疾，大病了一场，后又几至命丧黄泉。在父亲的悉心治理下，他才活转人世。从此，他对医术充满了兴趣，恳求父亲成全自己弃儒学医的愿望。深深理解儿子的父亲，也就不再反对。这以后，李时珍不断进行医学实践，大量阅读医药书籍。像许多医学前辈一样，他很善于向民间人士学习。经过数十年的努力，他终于编成这部载药1898种的药学巨著——《本草纲目》。
《本草纲目》全面总结了明以前本草学发展的成就，是中药学发展史上的里程碑。它的巨大成就已为国人所公认。全书体现了作者极为广博的学识和对真理不懈追求的执著精神。尽管受当时不良学风的影响，作者也存在引书欠严谨，立论缺乏考据的毛病。但他所达到的科学水平却是一个新的高度。
在《本草纲目》所载的全部药物中，有324种是李时珍新记的。计有植物药1089种（除去有名未用的153种以外，实有936种），动物药400余种。分列“释名、集解、正误、修治、气味、主治、发明”等项加以说明。这部著作生物学的重要意义在于分类更倾向自然性，用起来也方便；形态描述更详细、准确，同时还纠正了不少以前的讹传和不实之词。
比较《证类本草》而言，李时珍的《本草纲目》在分类上有较大改进。他将药物分成水、火、土、金石、草、谷、菜、果、木、服器、鱼、鳞、介、禽、兽、人十六部。在草部下又分为山草、芳草、隰草、毒草、蔓草、水草、石草、苔、杂草、有名未用等类；谷部又分为麻麦稻、稷粟、菽豆、造酿四类；菜部又分荤辛、柔滑、蓏菜、芝栭五类；果部分五果、山果、夷果、味、蓏、水果六类；木部又分香木、乔木、灌木、寓木、苞木、杂木六类；虫部又分为卵生、化生、湿生等四类，鳞部又分为龙、蛇、鱼、无鳞鱼四类；介部又分为龟鳖、蚌蛤两类，禽部又分水禽，原禽、林禽、山禽四类，兽部又分为畜、兽、鼠、寓、怪五类。从其分类看，李时珍完全摒弃了上、中、下的三品分类法，采用的分类依据是习性、形态、性质、生态等。从实用的观点看，李时珍眼光开阔、善于创新。他对药物的考察非常深入仔细，常将具有相似疗效，今天看来是同科属的植物排列在一起。这固然是有不少同科属的植物含有相似疗效的化学成分，但也说明李时珍工作的深入。
李时珍详细地阅读过大量本草文献，并亲自对许多药物作过细致观察，因此他对药用动、植物形态描述方面通常比前人的详尽。这在指导人们寻找药物和鉴别药物有很突出的价值。如蛇床子，在《神农本草经》中没有形态描述；《名医别录》只记载了别名、产地；陶弘景在《本草经集注》中的描述是：“近道田野墟落间甚多，花叶正似蘼芜”；《蜀本图经》（后蜀时《新修本草》图经部分的修改本）的描述是：“似小叶芎藭，花白，子如黍粒、黄白色、生下湿地……出扬州、襄州者良”；《图经本草》是：“蛇床子，生临淄川谷及野，今处处有之，而扬州襄州者胜。三月生苗，高三二尺；叶青碎，作丛似蒿枝，每枝上有花头百余，结同一窠似马芹类，四五月开白花，又似散水，子黄褐色如黍米，至轻虚”；《救荒本草》是：“一名蛇粟、一名蛇米、一名虺床、一名思益、一名绳毒、一名枣棘、一名墙蘼……生临淄川谷田野，今处处有之，苗高二三尺，青碎，作丛似蒿枝，叶似黄蒿，又似小叶蘼芜，又似藁本叶，每枝上有花头百余，结同一窠，开白花如伞盖状，结子半黍大，黄褐色”。《本草纲目》在罗列了上述除《救荒本草》外的有关文字后，接着说，“其花如碎米攒簇，其子两片合成，似莳萝子而细，亦有细棱。”由上所述可以看出，本草著作对植物形态的认识逐渐从表及里，从粗到细。《救荒本草》的描述对《图经本草》而言，在花的描写方面更富于概括性，对种子的描述也准确一些。但到了李时珍的笔下，种子的描述就更加细微了。当然，李时珍的描述可能借鉴了《救荒本草》书中对茴香种子的描述。总体而言，《本草纲目》在形态描述方面在前人基础上有一定发展，反映了人们对植物和动物的认识的进步。
和许多前辈学者一样，李时珍在订正前人的错误、谬说方面也做了大量出色的工作。他批驳了服食丹药和蝙蝠能长生的说法，证实了某些医生所说的多食乌贼鱼会使人不育，掏鹳的幼雏会导致天旱的说法，是没有根据的；指出草子不能变成鱼；弄清楚五倍子是虫瘿、鲮鲤吃蚁等。这些内容大多反映在《本草纲目》中的“正误”和“发明”等项中，充分反映了李时珍的注重实践精神。
《本草纲目》确实是一部集前代大成的名著。它的产生和成就的取得不是偶然的。自宋以来，人们又积累了丰富的本草学知识，为明代的发展准备了条件。明初和明中期还涌现了一批各具特色，内容新颖充实的本草著作，如《救荒本草》和《滇南本草》，这些也在客观上促进一些大型的、总结性的著作出现。李时珍自幼在父亲那里受到良好的医药学知识的熏陶，有济世利人的远大胸怀。从事医学工作后，他利用各种机会阅读了大量的文献资料，为从事自己的鸿篇巨制，打下了坚实的基础。作为一个真正的学者，他有坚毅的求实精神和吃苦耐劳精神。他曾多次出行，实地考察药用动植物。在考察过程中，他虚怀若谷，善于向有所长的民间人士、劳动者学习。最终促使他承担起历史使命，去推动本草学的发展和提高。
如前所说，《本草纲目》也还存在一些不足的地方。在引用文献方面，李时珍受当时治学不严学风的影响，存有割裂原文、篡改原意、随手转引、缺乏考据的毛病。有时把前人的正确的东西当作错误的来批驳，主观臆断；有时又沿袭前人一些迷信的说法，如萤的化生等。但这样一部大型著作，仅靠一人完成，错误是在所难免的。这类错误比起它对社会的贡献而言，毕竟是次要的，不影响其在科学史上的崇高地位。
明李时珍后较长一段时期，本草学没有大的发展。这是因为《本草纲目》出版后不久，腐朽的明王朝就土崩瓦解。代之而起入主中华的是满族奴隶主。他们一时还不能完全适应先进的汉文化，为了维护自己的统治地位，他们在政治上闭关锁国，在文化上大兴文字狱，桎梏了学者的思想，窒息了学术的发展。在黑暗的社会现实中，许多学者为了不招至杀身之祸，不得不钻故纸堆，从事古籍的考据注释工作。本草学也一样，很多学者对以前的本草著作进行注释、辑复、删繁、改编等工作，但很少有创造性的作品出现。至到18世纪下半叶，赵学敏的《本草纲目拾遗》这一著作的出现，才稍稍改变了这一局面。
赵学敏（约1719-1805）字恕轩，又字依吉，浙江杭州人。出生在一个富有的地方官家庭。少时父亲希望他能科举成名，耀祖光宗。而让他的弟弟学医济世，并为他准备了不少医药典籍，还特地开辟了一个药圃。但赵学敏后来没有走父亲期望有道路。他自幼性喜读书，对医药充满兴趣。父亲为弟弟准备的东西，恰好他都用上了。他阅读过很多医药古籍，《本草纲目拾遗》引书达600多种就说明这一点。这其中不少在当时已是秘本，像《采药志》、《采药书》、《海药秘录》、《百草镜》等。他善于从民间调查采访药学知识，并在药圃中种植药用植物时常加以观察。
《本草纲目拾遗》共记载药物921种，其中《本草纲目》没有收的716种。在全部921种药物中有植物药577种，动物药160种。在药物的分类方面，赵学敏也有所创新。他除依《本草纲目》将植物分为草、木、果、谷、蔬等部外，还另立花部和藤部。他认为《本草纲目》无藤部，以藤归蔓类不合理。木本为藤，草本为蔓，不能混淆，应立藤部。他还集中各种以花知名的植物为花部。另外，他对设立“人部”的依据说法很不以为然，故在他的著作中删掉了“人部”。
赵学敏是一个具有发展进化思想的学者。他在《本草纲目·小序》中说：“夫濒湖之书诚博矣，然物生既久，则种类愈繁。俗尚好奇，则珍尤毕集。故丁藤陈药，不见《本经》；吉利、寄奴，惟传后代。禽虫大备于思邈，汤液复补于海藏。非有继者，谁能宏其用也。如石斛一也，今产霍山者则形小而味甘；白术一也，今出于潜者则根斑而力大，此皆近新变产。此而不书，过时罔识。”正是基于这样一种指导思想，使他能在本草学的发展方面做出大量杰出的工作。
赵学敏知道，要发展前人的工作首先要对其工作进行整理。他在其著作的第一章，首先纠正李时珍《本草纲目》中的错误之处37条。这其中有药性方面的，也有药用动植物鉴别方面的。在本草学的发展上，他记载了大量新药。这些新药很多是新近从民间收集而来或从域外传入的动植物。如山海螺（羊乳）、马尾连（多叶唐松草或高原唐松草）、子午莲（睡莲）、鸦胆子、鹧鸪菜、接骨仙桃、金鸡勒、东洋参、西洋参、香草等。
令人钦佩的是，赵学敏在研究本草学方面非常严谨。从他的著作中可以看出，他经常深入民间，通过调查访问来取得第一手资料。他注重实证，不轻信文献。药物经过临床证实，确有疗效的他才收入书中，否则“宁以其略，不敢欺世也。”还他亲自在药圃中种植药用植物，详细观察其生长情况和形态特征。这种实事求是的科学态度，是他在本草学上取得辉煌成就的主要原因。