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《神农本草经》的问世，不但是中医药学理论体系形成的四个最显著标志之一，而且在总结汉以前药物学成就的基础上，为中药学的学科建立奠定了坚实的基础。就其学术成就而言，结合历代中药学家及现代诸如尚志钧等人的研究，可以从以下诸方面予以述评。
《神农本草经》传载药物资料是真实可靠的
虽然《神农本草经》成书已有两千多年的历史，由于其中传载的365种药物来自于人类长期与疾病作斗争的经验实录，因而药物及其主治功效基本是真实可靠的，绝大部分为目前仍然在应用的药物，如茯苓利小便，猪苓利水道，远志治咳逆、强志，人参补五脏、安精神，牛膝治寒湿痿痹，大黄荡涤肠胃、推陈致新，款冬治咳逆上气善喘，海藻治瘿气颈下核，黄连治肠澼下痢，茵陈蒿治热结黄疸，青蒿(即草蒿)治热在骨节间(骨蒸劳热)，恒山(即常山)治疟疾，雷丸驱虫，水银灭疥，通草利尿，麻黄治喘，柴胡退热，凡此等等，这都是世界药物史上最早记载的特效药，充分说明其中所记载药物疗效的真实可靠。
《神农本草经》开创了药物分类之先河
《神农本草经》将传载的365味药物按其功用分为上、中、下三品，将《素问·至真要大论》中提出药物三品分类的理论付诸于实践。其分类依据主要是根据药物的性能特点和不同的应用目的：“上(品)药一百二十种为君，主养命以应天，无毒，多服、久服不伤人。欲轻身益气，不老延年者，本上经”；“中(品)药一百二十种为臣，主养性以应人，有毒、无毒，斟酌其宜。欲遏病补虚羸者，本中经”；“下(品)药一百二十五种为佐使，主治病以应地，多毒，不可久服，欲除寒热邪气，破积聚愈疾者，本下经”。其笔墨不多，聊聊数语，就将365种药物分为上、中、下三品的分类主旨表达的明晰透彻。简言之，一是三类药物在当时组方中担当着不同角色，或为君，或为臣，或为佐使。二是根据药物“主养命”“主养性”、“主治病”之不同应用目的分类。三是依据不同类别药物“无毒”、“有毒(或)无毒”、“有毒”之毒性大小有无进行分类的。四是根据药物的功用进行分类，凡有“轻身益气，不老延年”功用者，归之于上品；凡有“遇病补虚羸”功效者，归于中品；凡有“除寒热邪气，破积聚愈病”作用者，归于下品。可见，其分类依据明晰，为后世药物分类研究仍有重要的启迪作用。
《神农本草经》首先记载了药物疗效与其产地、采集时间、加工方法
中药的产地、采收、贮存，尤其是炮制加工是否适宜，是影响药材质量的重要因素。
其一，中药产地。《神农本草经》中首次记载了药物生长环境，也就是说，首次告诫人们药物的功用与其生长环境有关。如大黄生河西，甘遂出中山，藜芦生太山，乌头生朗陵，款冬生山谷，柳华生川泽等。后世将某地区生长的药材质量最优者称之为“道地药材”，将能产生优质药材的地区作为“药出道地”。实践证明，中药的质量与产地的关系十分密切。《神农本草经》的这一认识源于实践，因而经得起时间和实践的验证。
其二，中药采集。“阴干暴干，采造时月，生熟土地所出，真伪陈新，显各有法”。这是《神农本草经·序录》通过药物应时采集实例践行了《素问·至真大论》“司岁备物”的理念。在众多的中药种类中，植物药所占比例最大，生长发育不同阶段中的植物药，其药用价值有很大差异。
其三，中药炮制。炮制是药物在使用前进行必要的加工处理，包括各种剂型。《神农本草经》所说的“阴干暴(注：暴，通‘曝’，日晒)干”以及“宜丸者，宜散者，宜水煮者，宜酒渍者，宜膏煎者”皆含炮制。