Η επιστήμη της Ιατρικής καλλιεργήθηκε από επιφανείς γιατρούς και θεωρητικούς της θεραπευτικής και της φαρμακολογίας στις μεγάλες πρωτεύουσες της αυτοκρατορίας, τόσο κατά την Ύστερη Αρχαιότητα όσο και κατά το μέσο και ύστερο Βυζάντιο . Τα έργα του Ιπποκράτη και του Γαληνού αποτέλεσαν τα θεμέλια της βυζαντινής ιατρικής, ωστόσο οι γιατροί δεν εφάρμοζαν κατά γράμμα τις οδηγίες των αρχαίων συγγραμμάτων αλλά εμπλούτιζαν τη γνώση τους με την παρατήρηση και την δική τους εμπειρία.

Κατά την περίοδο της Ύστερης Αρχαιότητας σημαντικά ονόματα της ιατρικής συνέγραψαν επιτομές και σχόλια κυρίως στα έργα του Γαληνού, αλλά και άλλων ιατρών της αρχαιότητας. Ο Ορειβάσιος συνέγραψε κατ’ εντολήν του προσωπικού φίλου του και αυτοκράτορα Ιουλιανού , τις Ιατρικές συναγωγές, που αποτελεί περίληψη των έργων του Γαληνού, λίγο μετά το 361, ενώ στο έργο του Ευπόριστα δίνει κατάλογο των φαρμάκων που παρασκευάζονται εύκολα. Ο Αέτιος από την Άμιδα έζησε κατά την περίοδο της βασιλείας του Ιουστινιανού · οι σπουδές του έγιναν στην Αλεξάνδρεια, αλλά στην Κωνσταντινούπολη έγραψε δεκάξι ιατρικές πραγματείες οργανωμένες σε τέσσερα βιβλία (Τετράβιβλος), από τις οποίες εκείνη της οφθαλμολογίας θεωρείται η σημαντικότερη πριν από την Αναγέννηση. Στις υπόλοιπες αποδεικνύει τις γνώσεις του για τα φάρμακα και την αποτελεσματική χρήση των βοτάνων, περιγράφει αναλυτικά την ταινία των εντέρων και ενδιαφέρεται για τα ουρολογικά προβλήματα και την αρθρίτιδα· όμως, δεν διστάζει ορισμένες φορές να συνιστά φυλακτά που θα κρατήσουν μακριά το κακό μάτι. Ο Αλέξανδρος από τις Τράλλεις, αδελφός του Ανθεμίου, του αρχιτέκτονα της Αγίας Σοφίας, φαίνεται ότι είχε μελετήσει ειδικά τις ιδιότητες των βοτάνων πέραν του κειμένου του Διοσκουρίδη. Ο Παύλος από την Αίγινα έδρασε στην Αλεξάνδρεια, ακόμη και μετά την κατάληψή της από τους Άραβες (634), όπου τις γνώσεις του στην γυναικολογία, την τοξικολογία και τη θεραπευτική, που καταγράφει στο έργο του Επιτομής ιατρικής βιβλία επτά, μετέδωσε και σ’ εκείνους. Ο Θεόφιλος, γιατρός του 7ου αιώνα, στο Σύνταγμα περί ούρων αναπτύσσει τρόπους διάγνωσης ασθενειών με βάση τη λεπτομερή ανάλυση των χαρακτηριστικών των ούρων. Τα έργα συγγραφέων, όπως οι παραπάνω, δεν ήταν τίποτε άλλο από επιτομές, συμπιλήματα ή ανθολογίες με αποσπάσματα συγγραμμάτων των ιατρών της αρχαιότητας – ωστόσο, η αξία τους βρίσκεται στην αποθησαύριση κειμένων που σήμερα έχουν χαθεί, εν όλω ή εν μέρει, στην καίρια τοποθέτησή τους σε σειρά και σε συνάφειες τέτοιες που, τις περισσότερες φορές, επεξηγούν τη σκοτεινή διατύπωση των πρωτοτύπων.

Στο μέσο και ύστερο Βυζάντιο η ιατρική αναπτύσσεται με συγγράμματα όπως η Περί της του ανθρώπου κατασκευής του Μελετίου μοναχού, που επικεντρώνεται στην ανθρώπινη ανατομία και φυσιολογία, την Επιτομή ιατρικής του Λέοντος ιατρού, που εστιάζει στη θεωρία της ιατρικής, την θεραπευτική και τη χειρουργική, την Επιτομή περί θεραπείας ασθενειών του Θεοφάνη Χρυσοβαλλάντη, πού ήκμασε μάλλον τον 10ο αιώνα, την Επιτομή ιατρικής του Συμεών Σηθ, προσωπικού γιατρού και αστρολόγου του Αλεξίου Α’ Κομνηνού , το Δυνάμερον του Νικόλαου Μυρεψού, που θησαύρισε 2.656 ιατρικές συνταγές με κολλύρια, ενέματα, αλοιφές, καταπραϋντικά φάρμακα, σκόνες κτλ., τα οποία αποτέλεσαν μέχρι και τον 15ο αιώνα τον επίσημο φαρμακευτικό κώδικα της Δύσης, το Ιατρική μέθοδος του Ιωάννη Ακτουάριου, γιατρού στην αυλή του Ανδρονίκου Β’ Παλαιολόγου, που γράφηκε για τον προσωπικό του φίλο Αλέξιο Απόκαυκο κ.ά. Γιατροί όπως οι παραπάνω βασίστηκαν στα παλαιότερα συγγράμματα, αλλά πολλές φορές πρωτοτύπησαν, καθώς κατέγραψαν τις παρατηρήσεις τους από τη δική τους εμπειρία και πρακτική. Για παράδειγμα, το Περί ούρων λόγοι του Ιωάννη Ακτουάριου είναι υποδειγματικό ως προς την ανάλυση των χαρακτηριστικών των ούρων, τη συμπτωματολογία ασθενειών, την αιτιολόγηση και την πρόγνωση. Ο Σηθ αναφέρθηκε σε ταξίδι του στην Αίγυπτο και στην αποτελεσματικότητα των αραβικών συνταγών, ενώ ο Μυρεψός είχε γνώση συνταγών με υλικά από το Σαλέρνο, αλλά και από την Ανατολή. Πράγματι, οι εμπόλεμες ή οι ειρηνικές επαφές του Βυζαντίου με τους Άραβες μετά τον 7ο αιώνα επέτρεψαν τη εκεί μετάδοση των αρχών και των μεθόδων της αρχαίας ιατρικής, ενώ από τον 10ο αιώνα χρονολογείται η σημαντική επιρροή της βυζαντινής ιατρικής στους Αρμενίους. 

Η επιμελής παρατήρηση και η λεπτομερής καταγραφή των συμπτωμάτων μιας ασθενείας δεν υπάρχουν μόνο σε ιατρικά συγγράμματα, αλλά και σε έργα λαϊκών ή εκκλησιαστικών συγγραφέων, που κατείχαν βασικές ιατρικές γνώσεις. Για παράδειγμα, ο Προκόπιος περιέγραψε με λεπτομέρειες την επιδημία πανούκλας στα χρόνια του Ιουστινιανού, ενώ ο Μιχαήλ Ψελλός ανέφερε τον επίμονο πυρετό μιας βακτηριαιμίας, από την οποία απεβίωσε η κόρη του Στυλιανή. Επίσης, ήταν συχνό φαινόμενο, ιδιαίτερα στα κατώτερα κοινωνικά στρώματα, η χρήση της μαγείας και των μαγικών φυλακτών για αποτροπή ή θεραπεία από ασθένειες και η χρησιμοποίηση της αστρολογίας και των ωροσκοπίων για τη διάγνωση ασθενειών ή την πρόβλεψη της υγείας.

Γενικότερα, η ιατρική στο Βυζάντιο στράφηκε κυρίως γύρω από τρεις άξονες: κατά πρώτον τη θεωρία της ιατρικής, που περιλάμβανε την υγιεινή, τη διαιτητική, τη φυσιολογία, τους πυρετούς και τις ασθένειες ή τις παθήσεις του ανθρώπινου σώματος, δεύτερον τη θεραπευτική, που περιλάμβανε τη βοτανική, τη φαρμακολογία, τα αντίδοτα των δηλητηρίων και τη νοσηλευτική, και τρίτον τη χειρουργική, που περιλάμβανε τις αφαιμάξεις, τις καυτηριάσεις και την καθ’ αυτήν χειρουργική. Έχει υπολογιστεί ότι στα βυζαντινά ιατρικά συγγράμματα έχουν καταγραφεί περίπου 700 ουσίες από φυτά, ζώα ή ορυκτά, από τα οποία μπορούν να παρασκευαστούν φάρμακα, και πάνω από 200 είδη χειρουργικών εργαλείων. Αξίζει μάλιστα να σημειωθεί ότι τον 10ο αιώνα έγινε στην Κωνσταντινούπολη μια εγχείριση αποχωρισμού ομφαλοπαγών σιαμαίων παιδιών από την Αρμενία, από την οποία δυστυχώς δεν επέζησε κανένα.

Τα γνωστά από τις πηγές νοσοκομεία ήταν φιλανθρωπικά ιδρύματα που τη λειτουργία τους ήλεγχε η Εκκλησία. Σε πρώιμους αιώνες ονομάζονταν καταγώγια ή ξενώνες και φαίνεται ότι ήταν ξενοδοχεία για προσκυνητές, που διέθεταν προσωπικό και για την παροχή υπηρεσιών υγείας – από τον 6ο αιώνα ήταν νοσηλευτικά ιδρύματα για ντόπιους και ξένους. Στην Κωνσταντινούπολη τον 10ο αιώνα σημαντικά νοσοκομεία ήταν του αγίου Σαμψών και του Ευβούλου, που είχαν ιατρούς και νοσηλευτές, καθώς και βοηθητικό προσωπικό. Το σημαντικότερο, όμως, νοσοκομείο της πρωτεύουσας ήταν αυτό που ο αυτοκράτορας Ιωάννης Β’ Κομνηνός το 1136 εξάρτησε από τη μονή Παντοκράτορος. Συγκεκριμένα, το ίδρυμα περιλάμβανε γηροκομείο, λεπροκομείο και ξενώνα (νοσοκομείο) με εξωτερικά ιατρεία και πενήντα κλίνες κατανεμημένες σε πέντε τμήματα: χειρουργικό, οφθαλμολογικό, γαστρεντερολογικό, γυναικολογικό, παθολογικό. Το προσωπικό αποτελούνταν από γιατρούς, εκπαιδευόμενους και βοηθούς, μια ιάτραινα για τις γυναίκες, μαίες και νοσηλευτές, ενώ υπήρχαν επίσης και φαρμακοποιοί, μάγειροι, αρτοποιοί, πλύστρες και καθαριστές, υπηρέτες και θυρωροί. Λειτουργούσαν επίσης αποχωρητήρια, λουτρό, φαρμακείο, χώροι για τους ιατρούς, εργαστήρια και βοηθητικοί χώροι για το προσωπικό. Από τα παραπάνω ιδρύματα, το μόνο ίσως που επέζησε ως τα τέλη του 13ου αιώνα, αν όχι και αργότερα, ήταν το νοσοκομείο του αγίου Σαμψών. 

Οι περίπλοκες τεχνικές κατασκευής των φαρμάκων, τα εξεζητημένα εργαλεία χειρουργικής και η ανά τομέα ειδίκευση (οφθαλμιατρική, γυναικολογία και μαιευτική, δερματολογία, οδοντιατρική, καρδιολογία, ορθοπεδική) που βασιζόταν σε ελέγχους των εκκρίσεων των ασθενών (ουροσκοπία), αποδεικνύουν το υψηλό επίπεδο της Ιατρικής που απολάμβαναν οι ασθενείς στο Βυζάντιο. Η πρόσφατη έρευνα όμως επισημαίνει ότι άνθρωποι κυρίως των ανώτερων τάξεων τύχαιναν θεραπείας στα νοσοκομεία ή και από ιδιώτες γιατρούς, ενώ όσοι ασθενούσαν από τις κατώτερες τάξεις κατέφευγαν κατά κανόνα σε ναούς ιαματικών αγίων, όπου η παροχή νοσηλευτικών υπηρεσιών ήταν στοιχειώδης και η νοσηλεία ήταν ουσιαστικά εγκοίμηση στο ναό με την ελπίδα να γίνει κάποιο θαύμα.