张元素受当时运气学说影响，认为古今运气不同，在不同运气影响下所发病种也有不同，故古方不能治今病。同时，他把运气与脏腑疾病认识作了联系，并深入研究药物的阴阳、升降、浮沉、补泻的各种性能，发明药理，注重创新方剂，在治疗思想上强调“扶护元气(胃气)”的意义，从而对后世医家，尤其对其传人李杲、王好古、罗天益及其子张壁的医学创新思想和“易水学派”的形成、发展产生重要影响，他所倡导的主要学术主张表现在以下几个方面。
(一)倡脏腑辨证学说。
张元素受《内经》、《中藏经》、《小儿药证直诀》等前人著作中有关脏腑辨证思想的启发，系统总结上述诸书中这方面的理论，他在《医学启源》一书中详述各脏腑天人相应关系、表里关系，并按“不及”、“太过”、“实”、“虚”、“寒”、“热”几大证候类型，描述各脏腑疾病的主要症状、脉象，提出五脏用药原则或寒热补泻方药例。张元素重视脏腑辨证治疗思想，为贯彻这一思想，临证杂病治疗中，他积极地运用脏腑辨证手段指导用药，尤其足以五脏为中心，治疗一些常见病。如虚损证按程度不同，分出脏腑虚损六类证侯进行治疗，他的这一思想，对后人尤其是其传人重视脏腑疾病辨证论治产生了重要影响。
(二)重视阐发药物理论和应用原则。
张元素通过深入研究《内经》中七篇大论气机升降浮沉、气的阴阳厚薄、四气五味等理论，把它广泛应用于药物功效原理及作用特异性等方面内容的阐发中，创立了一整套系统的药物学理论，使之与临床应用紧密地联系起来，为后世中医学的发展奠定了重要的理论基础。他认为药有寒、热、温、凉之性，有酸、苦、辛、甘、淡之味，药物性味的不同组合，构成不同功效。此外它还与其性味的阴阳、厚薄属性有关。为进一步阐述各类药物在治疗脏腑、经络、某些部位的疾病的特异性，他结合性味理论和临证经验，总结归纳出临床常用药的归经、引经报使等理论，并在具体通方用药方面总结了大量临证用药经验，使其药物学思想，既有理论上的系统性，又具辨证上的实用性，受到后世医家的广泛重视。
(三)重视胃气。
张元素认为“四时以胃气为本”，故“安谷则昌，绝谷则亡，水去则荣散，谷消则卫亡，荣散卫亡，神无所居”，由此可见他重视扶养胃气的思想，故临证他曾告诫后世传人“养正积自除”。这些立论与刘河间学说比较，就会看出有很大不同，刘完素用药寒凉，而张元素则力辟之，并且在用药方面尽力讲求药物归经，形成独有特点。
张元素的这些医学思想，由于他有独到之处，故为其入室弟子所服膺，在他的医学思想影响下，张壁、李杲、王好古、罗天益等都进一步发挥了他的学说，形成明显的学术流派——易水学派，与当时兴起的河间学派并立争鸣于金元时期北方医学界，李杲之后所以发明“内伤”学说，更加强调脾胃的重要，是和张元素的医学思想分不开的。王好古在他的《汤液本草》中所发挥的理论，也都是以张元素医学理论为基础的。
由于张元素的医学著作流传到元代以后，存留不多，且残缺颇甚，一定程度影响了后世医学家对元素学术地位和历史贡献的评价。如“金元四大家”未列入张元素，但客观地看张元素的学术思想及其创新理论，对后人及“易水学派”其他医家具有重要影响，其历史贡献是不容忽视的。
