“绎思”推理的演绎法
演绎推理是逻辑思维的重要方法。李时珍在研究药物过程中，非常注重“绎思”推理，其与逻辑学中的演绎推理颇相一致。
如张仲景治伤寒无汗用麻黄，有汗用桂枝，历代名医注解皆随文附会。“时珍常绎思之，似有一得，与昔人所解不同云。”他认为：“皮毛者，肺之合也，肺主卫气，包罗一身，天之象也。”风寒之邪皆由皮毛而入，是证虽属太阳，实为肺经受邪。在此前提下，他推断为伤寒无论是表实还是表虚，都是由肺之功能失调所致，进而得出一个新的观点：“麻黄汤虽太阳发汗重刑，实为发散肺经火郁之药也”；“桂枝虽太阳解肌轻剂，实为理脾救肺之药也”。认为发现了“千古未发之秘旨”(卷十五·麻黄条)。麻黄桂枝羌防等皆属于风药，李东垣不但常用其治疗风邪表证，而且还用其发越郁火，或用其升散胜湿。时珍曾治“一锦衣夏月饮酒达旦，并水泄数日不止”，认为“此因内食生冷茶水过杂，抑遏阳气在下，水盛土衰，《素问》所谓久风成殆泄也，法当升之扬之，遂以小续命汤投之，一服而愈”。肺与大肠相表里，此用小续命汤，其中麻桂等发散肺经风邪，同时也起到升散胜脾湿之效，故可治大肠泄泻。所以李时珍谓麻黄能发散肺经郁火，桂枝能理脾救肺，其说是可取的。
又如，狂证因痰火、蓄血所致，李时珍根据《苏鹗杜阳编》载：范纯佑女丧夫发狂，闭之室中，夜断窗棂，登桃树上食桃花几尽。及旦，家人接下，自是遂愈也。珍按：此亦惊怒伤肝，痰夹败血，遂致发狂。偶得桃花利痰饮，散滞血之功，与张仲景治积热发狂用承气汤，蓄血发狂用桃仁承气汤之意相同。故李时珍在主治条件下指出桃花具有“利宿水痰饮积滞治疯狂”之功用(卷二十九·果部·桃仁)。
这种“绎思”推理的思维方法为发明药物功用在《本草纲目》中得到合理应用。
以“用”证“体”的论证法
李时珍说：“诸品首以释名，正名也……次以主治，录功也；次以发明，疏义也；次以附方，著用也。或欲去方，是有体无用矣”(凡例)。此论说明，李时珍通过搜罗百氏，在阐述了每味药物的主治功能之后，强调必须附以单方或复方，以证明其功能是确切可靠的。假若将附方删去，则其功能的临床可靠性便难以令人置信了。可见，他这里强调的以“用”证“体”，实属逻辑学的论证方法，这是一项复杂、艰巨和富有创造性的思维活动。
一般来说，李时珍在每味药物的主治条下，收录了《本经》、《别录》等明以前本草及有关医家对该药物主治的论述，为证实其可靠性，李时珍便尽可能地将明以前有关方书的与该药相关的单方或复方附之于后，亦有他自己所搜集的《濒湖集简方》。
如人参一味，所主治病症颇多，其附方亦达63方之多(卷十二上·草部·人参)。特别是有关时珍自己所总结的主治病症，则是必有所据。即如时珍谓人参“治男妇一切虚证……吐血、嗽血、下血、血淋、血崩”，其附方便有7个，治嗽血、吐血、下血、衄血、齿衄、尿血等，其中与黄芪合用者2方，与大枣合用者1方(凡例)，旨在益气摄血，说明人参治男妇气虚失血是有效的。后世亦多验案，证实了时珍这一经验(论点)的可重复性(正确性)。
又如绿豆在主治条下引了《开宝本草》“生研绞汁服，治丹毒、烦热、风疹、药石发动”等，但附方缺如，时珍乃于发明项下疏义说：“绿豆肉平皮寒，解金石砒霜草木一切诸毒，宜连皮生研水服”，并举《东夷志》载：“有人服附子酒多，颈肿如斗，唇裂血流，急求绿豆、黑豆各数合嚼食，并煎汤饮之，乃解也”(卷二十四·谷部绿豆)。此实起着附方一样的作用，论证了绿豆解草木毒的可靠性。
《本草纲目》凡有药物主治，而在李时珍尚未搜罗到有关附方，则缺如，留待后人再于临床验证。以“用”证“体”，这是《本草纲目》胜过前人本草书的一大特色。由于李时珍这种老实的科学态度和严密的论证方法，才使《本草纲目》的论述有很强的可靠性，有着极大的实用价值，其中蕴藏着许多精华，有待于我们去发掘。
从《本草纲目》引据古今经史百家书目内容看，记有《庄子》、《荀子》等蕴含古代唯物主义认识论的逻辑思想的著作。其他如墨者的“援”，属于一种类比法；“推”属归纳法；“效”属演绎法(《中国古代思想史》人民出版社1973年版)，等等。这些逻辑思维方法在李时珍的药物学研究过程中被广泛采用。