于是，他发愤研究医学，立志做个能解脱百姓疾苦的医生。他希望靠医学的力量，对上能够治疗国君和亲属的疾病；对下层老百姓，也能帮助他们解除病痛；对于自己，也可以靠养生保健知识而健康长寿。
当时，在他的宗族中有个人叫张伯祖，是个极有声望的医生。张仲景为了学习医学，就去拜他做老师。张伯祖见他聪明好学，又有刻苦钻研的精神，就把自己的医学知识和医术毫无保留地传授给了他，使张仲景“尽得其传”。何颙在《襄阳府志》一书中说：“仲景之术，精于伯祖”。
张仲景提倡“勤求古训”，认真学习和总结前人的理论和经验。
他曾仔细研读过《素问》、《灵枢》、《难经》、《阴阳大论》、《胎胪药录》等古代医书。其中，《素问》对他的影响最大。
《素问》是一部论述中医理论的经典著作，后人把它与《灵枢》合称为《黄帝内经》。
《素问》说：“今夫热病者，皆伤寒之类也。”意思是说，人们现在所患发热为主的病，大都是因为受了寒邪的侵犯造成的。又说“人之伤于寒也，则为病热”。
我们现在知道，许多传染病的流行是在冬季。古人认为，春天温暖，万物始生，一派生机。而冬季严寒，蛰虫深藏，万物不长，一片肃杀萧条。因此，古人说春生、夏长、秋收、冬藏。在古人看来，冬天的寒气是一种肃杀之气，可以称为“寒毒”，容易使人产生传染病。甲骨文里有“祸风有疾”的记载，而且都是在冬季里发生的。
张仲景根据自己的医疗实践对《素问》的理论进行了发展。张仲景认为，伤寒是一切热病的总名称，也就是一切因为外感而引起的疾病。各种传染病都可以叫做“伤寒”。张仲景还对前人留下来的“辨证论治”的治病原则认真地加以研究，从而提出了“六经论伤寒”的新见解。
《素问·热论》认为，大多数以发热为主的传染病，有的好了，有的则导致患者死亡。死的人大多在病后六七日；而好的人多在十天以上。因此，他就提出来一个学说，把热病看作一个过程，一天一个样地变化不停；每一天的病情用一个符号表示，一天叫做“一经”，六天就是“六经”。这六经分别叫太阳、阳明、少阳、太阴、少阴、厥阴。《素问·热论》对于六经热病的治疗，只提到在三日之前可以用让病人出汗的方法治疗；三天以上的热病可以使用“泻法”治疗，主要是用针刺治病。