在古代社会，科学和方术常常互相夹杂、难分难辨。在荒诞不经的迷信方术中往往包蕴着科学的因子。
尽管炼丹家们企求长生不老的目的是荒谬的，但在两干多年的炼丹实践中，许多人认识到物质变化是自然界的普遍规律，不自觉地萌生了朴素唯物论和辩证法的思想，积累了很多关于物质变化的知识，对古代化学医药学等科学技术的发展做出了意想不到的贡献。
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对此，李约瑟博士曾有过一段较为中肯的评论，他说：“事实上，这些方士也并非完全骗人，因为他们在古代就像我们今日这样认识到，方术和科学之间有着密切的关系。无疑，汉武帝的方士们曾经揭开了真实的、有价值的自然现象中的一部分、尽管可能只是很小的一部分，例如炼金术、磁学、药用植物学等方面”。即是说，一些方士在炼丹活动中已有某种科学的自觉，在炼丹活动中孕育出最早的化学科学。
中国古代炼丹主要包括三方面内容，一是用各种无机物，包括金属和矿物，经过化学处理，进行炼“长生药”的研究；二是为研究“药用”或求富的人造黄金和白银而进行的冶金研究；三是寻找植物性“长生药”而进行的药用植物性研究。
炼丹方法大致可分为火法和水法两种，火法主要是冶金性质的无水加热法；水法主要是溶解处理固体金石药物的方法。炼丹设备主要有丹炉、丹鼎、甘蜗子、研磨器等十几种。
炼丹中最早研究的材料可能是丹砂。当炼丹家从丹砂中提取汞时，发现了汞能与硫磺化合而还原成丹砂的现象。
东双魏伯阳在《周易参同契》中，曾描述了汞易挥发的特性，并谈到汞与硫磺化合后，在丹鼎中“赫然还为丹”的奇妙现象，这是有关用两种元素合成化合物的最早记载。他还记载了铅丹(四氧化三铅)能够被炭还原成铅。他提出了物质发生化学变化的配方比例的粗略概念。
最著名的炼丹术著作是晋朝葛洪的《抱朴子》，葛洪描述了硫化汞可以加热分解出汞，汞再和硫化合，又生成硫化汞。他还提到了金属的置换作用，用铁和硫酸铜溶液作用，铁能够取代硫酸铜里的铜。
一般人都知道，金的化学性质较稳定，很少发生化学变化，但在《抱朴子》中就有溶解金的“金液方”，“金液方”中有水银和含氢氰酸的覆盆子。现代化学表明，黄金确实可以在一定程度上溶于水银和氢氰酸中。
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炼丹术的一个重大成果是诱发了火药的诞生。火药是炼丹术士在炼丹中偶然发现的。火药顾名思义就是“着火的药”，它能治疮癣、杀虫、避湿气和瘟疫。火药的基本成分有硫磺、硝酸钾和炭等。
炼丹家在用这三种成分混台物炼药的过程中，发现会发生异常激烈的燃烧爆炸。唐中叶的《真元妙道要略》就记载了一次火药爆炸事故，这时虽未见火药的名称，但人们已经掌握了制造火药的技术。
炼丹术士曾从天然矿物中升华提取了一系列化合物，例如朱砂、雄黄、砒霜等。炼丹术中的药金和药银的研究，最早和最持久的是砷黄铜相砷白银，二者分别是用雄黄和砒霜点化的，前者是金黄色砷铜合金，后者是银白色砷铜合金。
这两种铜合金是我国古代冶金学中的杰作。因为雄黄和砒霜在500℃就挥发了，而铜的熔点至少为1100℃，所以使它们相互作用是极困难的，而且砒霜是剧毒物质，一旦挥发被方士吸进体内，则很容易致命。
不过，这两种光灿耀眼的合金，其光灿并不能持久，因为其中的砷会慢慢挥发掉，它们充其量不过是绣花枕头，现在已没有什么实用价值了。
炼丹术士用人工合成方法制取了灵砂、铅丹、石胆等自然界原有的化合物，也制取了一些自然界不存在的化合物，如升汞、甘汞等。
唐代医药学家和炼丹家制成了金属砷和“彩金”(二硫化锡)，欧洲则在13世纪才偶然制得金属砷，在14世纪时才制成“彩金”。可见，中国炼丹术产生最早，取得的化学成就也最大。
在古代，炼丹与医药有着密切的关系，一方面，许多炼丹家都兼搞医药，一些医学家也兼搞炼丹，如葛洪、陶弘景、孙思邈等，既是医药大师，又是炼丹高手。
东汉《神农本草经》是现存最早的本草学著作，它把四十多味金石药分别列为上、中、下三品，认为上品药令人身安、命延、升天成神仙。它将丹砂列为上品第一，认为它能杀精魅、邪恶鬼，久服通神明不老。《神农本草经》的药物分类法和药性论都明显地带有炼丹术的色彩。
另一方面，炼丹中所得到的化学药物，常在医学上广泛采用。隋代方士苏元明的“砒霜法”属于炼丹术，但他指出这种丹能治疟、心痛、牙疼；孙思邈在《千金翼方》中记有“飞水银霜法”，是一种毒性较小的汞化合物氯化亚汞，可治疗疥癣、湿疹等皮肤病。
总之，炼丹家的大量研究成果，确实为祛病延年、解除疾痛提供了众多有效的灵丹妙药。今天中药中常用的白降丹、红升丹、轻粉、银朱、太忆小还丹、混元丹、九龙丹等等，都是炼丹术士的发明。可见，对炼丹术并不能一概否认和完全抹杀，对其中的科学性成分应给予肯定。
