En el siglo VI a.C., la medicina griega se volvió secular por completo; hacían hincapié en la observación clínica y la experiencia. Alcmaeon (siglo VI a.C.) identificó el cerebro como el asiento fisiológico del entendimiento. El filósofo griego Empédocles formuló el concepto de que la enfermedad es en primera instancia la expresión de un desequilibrio entre la perfecta armonía de los cuatro elementos: fuego, aire, agua y tierra. Cos y Cnido son las dos escuelas de medicina griega cuyos estudiantes contribuyeron al Corpus hippocraticum (Colección hipocrática) y a una antología de escritos de varios autores, que se le atribuye a Hipócrates.

Se impusieron los valores éticos más elevados a los médicos, quienes tomaron el célebre juramento atribuido a Hipócrates.

Hipócrates puso en duda la idea de que la enfermedad era un castigo enviado por Dios y descubrió la relación entre la enfermedad y las condiciones precarias del medio. Su capacidad para realizar observaciones clínicas precisas le condujo al concepto de prevención.

El conocimiento de la anatomía humana se basaba en la disección de los animales. La fisiología se basaba en los cuatro humores cardinales, o fluidos del organismo (sangre, flema, bilis amarilla y bilis negra): este concepto procedía de la teoría de Empédocles de los cuatro elementos. El dolor y la enfermedad se atribuyeron al desequilibrio de estos humores. El verdadero genio de Hipócrates se muestra en sus obras Tratado del pronóstico y Aforismos. De un valor excepcional son también los trabajos hipocráticos Tratado de las fracturas y Tratado de las luxaciones.

El griego Aristóteles contribuyó mucho al desarrollo de la medicina con sus numerosas disecciones de animales. Es conocido como el fundador de la anatomía comparada.

En Alejandría el anatomista Herófilo realizó la primera disección pública y el fisiólogo Erasístrato realizó importantes trabajos en la anatomía del cerebro, los nervios, las venas y las arterias. Un estudiante regio del empirismo, Mitrídates VI Eupátor, rey del Ponto, desarrolló el concepto de la tolerancia a ciertos venenos por la administración de dosis que se incrementaban de forma gradual.

Medicina grecorromana

Asclepíades de Bitinia pensaba que el cuerpo se componía de partículas desconectadas, o átomos, separados por poros. La enfermedad era causada por la restricción del movimiento ordenado de los átomos o por el bloqueo de los poros, y el tratamiento que propuso se basaba en el ejercicio, los baños y las modificaciones en la dieta más que en los fármacos. Esta teoría se revitalizó en varias ocasiones y de distintas formas hasta finales del siglo XVIII.

Los escritores médicos más importantes de los siglos I y II d.C. además de Galeno de Pérgamo, fueron el romano Aulio Cornelio Celso, que escribió una enciclopedia de medicina; el médico griego Pedáneo Dioscórides, el primer botánico médico científico; el médico griego Arteo de Capadocia, el anatomista griego Rufo de Éfeso célebre por sus investigaciones sobre el corazón y los ojos; Sorano de Éfeso, ortopedista griego que recogió información relativa a la obstetricia y la ginecología, en apariencia basada en la disección humana, y que distinguió las enfermedades por su sintomatología y evolución.

Galeno de Pérgamo, describió los cuatro síntomas clásicos de la inflamación (rubor, dolor, calor y edema) y realizó grandes aportaciones al conocimiento de las enfermedades infecciosas y a la farmacología. Su trabajo más importante versó sobre la forma y función de los músculos y la función de las áreas de la médula espinal.

Medicina romana

Las contribuciones romanas más originales se realizaron en los campos de la salud pública y de la higiene. La organización del saneamiento de las calles, el suministro de agua y los hospitales públicos de los romanos no fueron superados hasta los tiempos modernos.