葉桂本來就“神悟絕人”、聰明絕世，加之這樣求知如渴、廣採衆長，且能融會貫通，因此自然在醫術上突飛猛進，不到三十歲就醫名遠播。除精於家傳兒科，在溫病一門獨具慧眼、富於創造之外，天士可謂無所不通，並在許多方面有其獨到的見解和方法。在雜病方面，他補充了李東垣《脾胃論》詳於脾而略於胃的不足，提出“胃爲陽明之土，非陰柔不肯協和”，主張養胃陰;在婦科方面，闡述了婦人胎前產後、經水適來適斷之際所患溫病的症候和治療方法;他對中風一症有獨到的理論和治法;他還提出久病入絡的新觀點和新方法，如此等等，不一而足。由於精研古籍，他還十分善於運用古方。
葉桂最擅長治療時疫和痧痘等症，是中國最早發現猩紅熱的人。在溫病學上的成就，尤其突出，是溫病學的奠基人之一。清代乾隆以後，江南出現了一批以研究溫病著稱的學者。他們以葉天士爲首，總結前人的經驗，突破舊槓槓，開創了治療溫病的新途徑。葉桂著的《溫熱論》，爲我國溫病學說的發展，提供了理論和辨證的基礎。他首先提出“溫邪上受，首先犯肺，逆傳心包”的論點，概括了溫病的發展和傳變的途徑，成爲認識外感溫病的總綱;還根據溫病病變的發展，分爲衛、氣、營、血四個階段，作爲辨證施治的綱領;在診斷上則發展了察舌、驗齒、辨斑疹、辨白疹等方法。清代名醫章虛谷高度評價《溫熱論》，說它不僅是後學指南，而且是彌補了仲景書之殘缺。其功勞很大。
除精通醫術外，葉桂在其它學問的研究中也具嚴謹精細的治學精神，博覽羣書、學究天人，使醫術和學術相得益彰。他覺得“學問無窮，讀書不可輕量也”，雖身享盛名，而手不釋卷，體現了學無止境的進取精神。後人也說他“固無日不讀書也”。他在醫學中治病救人的仁者之心，也體現在他的待人接物方面，故後人贊其“內行修備，交友以忠信。……以患難相告者，傾囊拯之，無所顧藉。”
