孙思邈非常重视食疗法，认为：“若能用食平疴，释情遣疾，可谓良工。”并指出：“安身之本，必资于食，救疾之速，必凭于药，不知食宜者，不足以全生。”而“药性刚烈，犹如御兵，兵之暴猛，岂容妄发”。故孙思邈提出：“知其所犯，以食治之，食疗不愈，然后命药。”又指出：“食疗不愈，然后命药，药食两攻，则病无所逃。”孙思邈认为食物，既有“悦神爽志，以资气血”之工，又有“排邪而安脏腑之能，用之得当，疗效甚著”之能。可见其最为重视的当是饮食疗法，这种食治思想是我国营养学与食疗学的发端，是唐代以前最早、最系统论述食疗的第一人。
孙思邈所用的食疗方药众多，仅《千金要方》“食治”卷中，列出可供食疗方迈154条，计236种。其中果实类29条，36种；蔬菜类58条，59种；谷米类27条，30种；鸟兽类29条，79种；虫鱼类11条，15种。孙思邈采用胎盘来治疗诸虚症，用人乳补五脏，用牛乳补虚羸，羊乳治寒冷虚乏，驴乳主大热黄疸，猪乳平小儿惊痫，等等。孙思邈的食疗法为中医药开辟了新纪元，为扩大药源创出了新领域。
孙思邈在医疗实践中善于观察分析和思考，重视对疾病的个性研究，因而对各科疾病的认识和诊断治疗水平，在许多方面都有超前性，具有不少革新与创造。原来只流行于江南的脚气病，唐统一中国后在北方也广泛发生。孙思邈对本病进行深入研究，在《要方》中较为系统地论述了该病的病因、病理、症状表现与诊疗方法。
对脚气病进行干湿、寒湿、湿痰分类，其中对因缺乏维生素B1而引起的脚气病，特别提倡“食粳米、粟米、粱米”，并发明常服楮白皮、谷糠白皮汤，煮米粥即不复发的防治方法，对遏制本病流行具有重要意义，成为世界上第一个纪录治疗脚气病的人。欧洲人在1642年才第一次论述脚气病，较孙思邈已晚1000余年，这些都已被现代科学所证明。
孙思邈还首创了以猪肝等治疗暮无所见“雀目”（夜盲症），又用多种动物肝脏治疗视力减退。用含维生素A的肝脏，如牛肝、羊肝、鱼等治疗因缺乏维生素A引起的夜盲症。运用含碘丰富的动物甲状腺如羊靥、鹿靥等和海藻、昆布、海蛤等治疗缺碘性的“瘿瘤”病（甲状腺肿大），即大脖子病。孙思邈还研制成功“太一神精丹”，这是一种利用磁石（四氧化二铁）等氧化剂从雄黄、雌黄中提取的砒霜的方剂。孙思邈用此来治疗疟疾，是世界医学史上用砒霜治疗疟疾最早的有效疗法。比英国医师孚勒（Fowler）于1786年用砒霜作为鸡那树皮的代用品，制成亚硝酸溶液（被称为孚勒氏液）治疗疟疾要早1100余年。而且孙思邈在当时治疟疾疗法很丰富，在《要方》温疟一章除灸刺法以外，列方34首，其中15首内均应用了“常山”，也成为历代治疗该病的主药。
孙思邈经过长期实践和缜密思考、不断研究，在世界上最早发明、记载了上述极有科学价值的有效疗法。