在各科杂病方面。张机从整体观念出发，根据脏腑经络学说，运用朴素的表述方法，对疾病的病因、发病和每一种病的理法方药都有详略不同的论述，提出了根据脏腑经络病机和四诊八纲进行病与证相结合的辨证方法。他对杂病偏重于个别疾病的研究，有利于深化人们对许多疾病的认识，具有十分明显的优越性，对后世中医病因学说和方剂学的发展产生影响。
此外并发展了病因病机学说。千般灾难，不越三条：一者，经络受邪入脏腑。为内所因也﹔二者，四肢九窍。血脉相传，壅塞不通，为外皮肤所中也﹔三者，房室、金刃、虫兽所伤。以此详之，病由都尽。将复杂的病因概括为三大类，并阐述了三类不同的病因与杂病发生的关系，这可称为中医学中最早的比较明确的病因学说，即后世所谓的三因致病说。关于疾病的发生，张机认为是否发病取决于人体正气的盛衰，强调了正气为本、邪气为标的科学观点。
张机临证处方，法度严谨，在因证立法，以法统方，随证加减等方面积累了丰富的经验，包含了许多重要的组方原则，因而被后世尊为方剂学的鼻祖，《仲景方》亦被称为《众方之祖》。在《伤寒论》中载方一百一十三首，用药品种八十七种，《金匮要略》中载方二百六十二首，所用药物达一百一十六种。《仲景方》经过长期临床实践验证，疗效显著，至今仍为国内外医家广泛应用，其中有些方剂还照原方制成了成药。足见对方剂学的贡献亦甚为深远。
张仲景在医学上重要的贡献，是他发明了用人工呼吸急救病人，用这种方法抢救了不少危在旦夕的病人，成为世界上最早独创人工呼吸医疗技术。另外他还发明了用蜜水或猪胆汁灌肠治疗便秘以及药物外搽、舌下含药等新的技术，是世界上最早发明灌肠术的医生，给便泌病人带来了福音。
另外，张机还有《疗妇人方》、《五脏论》、《口齿论》等书，显见其重视医疗经验和医术的传播。
张机是个博学多能的医生，他既重视疾病的治疗方法，又重视对疾病的预防。他受到人们的称赞和敬佩，不仅因为他精湛的医术，同时也因为他将病患的痛苦以同理心对待。
古代封建社会，迷信巫术盛行，巫婆和妖道乘势兴起，坑害百姓，骗取钱财。不少贫苦人家有人得病，就请巫婆和妖道降妖捉怪，用符水治病，结果无辜地被病魔夺去了生命，落得人财两空。张仲景对这些巫医、妖道非常痛恨。每次遇到他们装神弄鬼，误人性命，他就出面干预，理直气壮地和他们争辩，并用医疗实效来驳斥巫术迷信，奉劝人们相信医术。
有一次，他遇见一个妇女，一会儿哭一会儿笑，总是疑神疑鬼。病人家属听信巫婆的欺骗，以为这是“鬼怪缠身”，要请巫婆为她“驱邪”。张仲景观察了病人的气色和病态，又询问了病人的有关情况，然后对病人家属说：
“她根本不是什么鬼怪缠身，而是‘热血入室’，是受了较大刺激造成的。她的病完全可以治好。真正的鬼怪是那些可恶的巫婆，她们是‘活鬼’，千万不能让她们缠住病人，否则病人会有性命危险。”在征得病人家属同意后，他研究了治疗方法，为病人扎了几针。几天后，那妇女的病慢慢好起来，疑鬼疑神的症状也消失了。张仲景又为她治疗了一段时间就痊愈了。从此，一些穷人生了病，便不再相信巫医的鬼话。而是找张仲景治病。张仲景解救了许多穷苦人。
为了使更多的病人能从巫术迷信中解脱出来。早日康复。张仲景刻苦探索，创立了许多新的医疗方法。一次，有个病人大便干结，排不出，吃不下饭，很虚弱。张仲景仔细做了检查，确认是高热引起的一种便秘症。当时碰到便秘，一般是让病人服用泻火的药。但是这个病人身体很虚弱。如果服用泻药，他会经受不住。但不用泻药，大便不通，热邪无法排除。怎么办呢？张仲景经过慎重考虑，决定做一种新的尝试：他取来一些蜂蜜并将它煎干，捏成细细的长条，制成“药锭”，慢慢地塞进病人的gāng_mén。“药锭”进入肠道后，很快溶化，干结的大便被溶开。一会儿就排了下来。大便畅通，热邪排出体外。病人的病情立刻有了好转。这就是我国医学史上最早使用的gāng_mén栓剂通便法。这种方法和原理至今还被临床采用，并拓展到其他一些疾病的治疗。
还有一次，张仲景外出，见许多人围着一个躺在地上的人叹息，有几个妇女在悲惨地啼哭。他一打听，知道那人因家里穷得活不下去就上吊自杀，被人们发现救下来时已经不能动弹了。张仲景得知距上吊的时间不太长，便赶紧吩咐把那人放在床板上，拉过棉被为他保暖。同时叫了两个身强力壮的年轻人，蹲在那人的旁边，一面按摩胸部，一面拿起双臂，一起一落地进行活动。张仲景自己则叉开双脚，蹲在床