六经辨证体系，还把《内经》以来的脏腑、经络和病因等学说，以及诊断、治疗等方面的知识有机地联系在一起，并运用了汗、吐、下、和、温、清、消、补等等治疗方法及各个方剂和具体药物的选择使用，对于外感热病的产生、发展和辨证论治提出了切合实际的辨证纲领和具体的治疗措施。
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，疗效显着，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。
张机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