Советские учёные внесли большой вклад в развитие теоретической медицины. Особую роль сыграли труды физиологической школы И.П. Павлова. Анатомы развивали функциональное направление в морфологии. В.П. Воробьев предложил методы исследования микростроения и иннервации органов без нарушения физиологических связей; В.Н. Тонков оказал высокую приспособляемость кровеносных сосудов к меняющимся условиям и установил влияние нервной системы на образование новых кровеносных сосудов и развитие коллатерального кровообращения; в 40—50-е гг. его ученик Б.А. Долго-Сабуров разработал морфологические основы интероцепции, Д.А. Жданов и др. создали современное учение о лимфатической системе и коллатеральном лимфоооращении. Труды В.Н. Шевкуненко (20—30-е гг.) способствовали изучению проблем возрастных изменений органов и систем и топографической анатомии. В 40— 50-е гг. установлены различные типы межнейронных связей (Н.И. Гращенков, С.А. Саркисов, А.Д. Зурабашвили), проведены фундаментальные исследования по гистофизиологии серозных, синовиальных оболочек и оболочек головного мозга (М.А. Барон).
Интенсивно разрабатываются проблемы генетики. В частности, советскими медицинскими генетиками впервые определена частота возникновения и распространённость ряда наследственных заболеваний, разработана программа биохимического скрининга наследственных дефектов обмена веществ. В итоге изучения спонтанного и химического мутагенеза установлена частота возникновения хромосомных аномалий у новорождённых. Создана количественная модель индукции аберрации хромосом в культуре лимфоцитов человека. Проводятся работы по тестированию на мутагенную опасность химических и других факторов окружающей среды, с которыми человек контактирует в быту и на производстве.
Эффективным методом исследования в биохимии стала ангио- и органостомия, предложенная Е.С. Лондоном (1919). Разрабатываются проблемы химии ферментов, витаминов; физиологической роли гормонов (Н.А. Юдаев); проблемы клинической биохимии (С.Е. Северин, В.Н. Орехович, Б.М. Збарский, С.Р. Мардашев).
Фармакология развивалась как экспериментальная наука. Работы Н. П. Кравкова положили начало фармакологии патологических состояний, основанной на изучении действия лекарственных веществ на организм животного с экспериментально вызванным патологическим процессом. Тесная связь фармакологии с химией позволила получить новые лекарственные препараты, в частности сердечные гликозиды. Большой вклад в решение проблемы получения новых антибиотиков и других противобактерийных препаратов внесли труды Г. Ф. Гаузе, З. В. Ермольевой, Х. Х. Планельеса и др. Изучение фармакологии нервной системы и развитие психофармакологии связаны с работами школ С. В. Аничкова, В. В. Закусова. Советскими учёными разработаны оригинальные концепции о действии лекарственных веществ, новые принципы направленного синтеза фармакологически активных препаратов, создана синаптическая теория действия нейротропных средств, раскрыты нейрохимические механизмы их действия на клеточном и молекулярном уровнях.
В патологии большую практическую роль сыграла разработка клинико-анатомического направления, представленного школами А. И. Абрикосова и И.В. Давыдовского. Развивались нозологическое и функциональное направления, исходящие из целостности организма. Международное признание получили труды по патоморфологии туберкулёза и ревматизма (В.Т. Талалаев, М.А. Скворцов, А.И. Струков); учения о патологии холестеринового обмена и атеросклерозе (Н.Н. Аничков, С.С. Халатов и др.), о роли соединительной ткани в реактивности организма и о цитотоксинах (А.А. Богомолец), о трофической функции нервной системы (А.Д. Сперанский, А.М. Чернух), о механизмах старения и др.
Характерные особенности советской клинической медицины — изучение больного в социальном окружении, воплощение на практике идей физиологического направления, тесно связанного с принципами профилактики; стремление вскрыть причины и механизм возникновения и развития болезней в целях обоснования патогенетической и этиологической терапии, ранней диагностики и профилактики заболеваний.
В биохимии и генетике начиная с 50-х годов 20 века сделаны крупнейшие открытия — расшифровка генетического кода, механизмов передачи наследственных свойств, первый лабораторный синтез белка (инсулина), фермента (специфические белки, играющие роль биологических катализаторов; вырабатываются клетками живых организмов) (рибонуклеазы) и многое другое.
Проблемам кардиологии посвящены фундаментальные исследования гипертонической болезни, атеросклероза, инфаркта миокарда, ревматизма, недостаточности кровообращения и др. (Г. Ф. Ланг, Н. Д. Стражеско, Д. Д. Плетнёв, В. Ф. Зеленин, А. Л. Мясников, В. Н. Виноградов, А. И. Нестеров, Е. И. Чазов, З. И. Янушкевичюс и др.). Во 2-й половине 60-х и в 70-х гг. советскими кардиологами установлен принципиально новый механизм возникновения патологических состояний, обусловленный подавлением потенциальных водителей ритма сердца и высокой частотой возбуждений. Показано, что возбудимость сердечной мышцы и её внутриклеточных потенциалов в значительной степени определяется внутрисердечной нервной системой; обнаружен ранее неизвестный механизм саморегуляции сократительной функции сердца, нарушение которого играет существ. роль в развитии сердечной недостаточности. Установлено наличие специальной нейронной системы, обеспечивающей быстрое повышение артериального давления в ответ на поток афферентных импульсов, передаваемых в мозг по специальным волокнам. В результате экспериментальных и клинических исследований выявлена важная роль иммунологических процессов в патогенезе атеросклероза.
Успешно изучались проблемы гастроэнтерологии (школа М. П. Кончаловского, В. Х. Василенко и др.), нефрологии (С. С. Зимницкий, М. С. Вовси, Е. М. Тареев и др.), гематологии (М. И. Аринкин, А. Н. Крюков, И. А. Кассирский и др.), пульмонологии (Б. Е. Вотчал и др.) и т. д.
Основными факторами прогресса в хирургии явились успехи обезболивания, профилактики послеоперационных осложнений, достижения в инструментальной технике, разработка методов переливания крови и трансплантации органов и тканей. Советскими учёными разработаны методы местной анестезии (А. В. Вишневский), хирургического лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, печени, почек и мочевыводящих путей (И. И. Греков, С. П. Федоров, А. В. Мартынов и мн. др.), оперативной офтальмологии (М. И. Авербах, В. П. Филатов, Н. А. Пучковская и др.) и оториноларингологии (работы по отосклерозу А. И. Коломийченко, Н. А. Преображенского, С. Н. Хечинашвили и др.) и т. д. Успешно развиваются хирургия сердца и магистральных сосудов (А. Н. Бакулев, Б. В. Петровский, П. А. Куприянов, А. А. Вишневский, Н. М. Амосов, В. И. Бураковский, Е. Н. Мешалкин и др.), туберкулёза и других заболеваний лёгких (Л. К. Богуш, В. И. Стручков, Ф. Г. Углов и др.). Важным вкладом в трансплантологию были труды по кожной пластике, пересадке трупной кожи и роговицы (Филатов), пересадка почки (Ю. Ю. Вороной, Петровский и др.); исследуются возможности пересадки печени и других органов, аппарата «искусственное сердце». В связи с решением задач трансплантации органов выполнены исследования по проблемам тканевой несовместимости и толерантности.
Советским учёным принадлежит приоритет в изучении вопросов оживления организма (С. С. Брюхоненко, В. А. Неговский и др.). Анестезиологи разрабатывают меры по обеспечению безопасности больного на всех этапах хирургического лечения, исследуют проблемы искусственной гипотермии, нейролептаналгезии, дефибрилляции сердца, искусств. дыхания, гипербарической оксигенации и др. В частности, советскими учёными разработаны теория влияния на организм искусственного кровообращения, метод сочетанного применения искусственного кровообращения и гипербарической оксигенации, благодаря которому значительно повысились лечебный эффект и безопасность операций на сердце.
Развитие травматологии и ортопедии характеризуется активным хирургическим направлением, оригинальными методами лечения и протезирования (Г. И. Турнер, Р. Р. Вреден, Н. Н. Приоров, М. В. Волков и др.); ценный научный вклад советских учёных — разработка учения о костно-суставном туберкулёзе (П. Г. Корнев, Т. П. Краснобаев). Успешно развивается нейрохирургия, основоположниками которой в СССР были А. Л. Поленов и Бурденко; разработаны методы хирургического лечения заболеваний вегетативной нервной системы и нарушений мозгового кровообращения; в 70-е гг. — новые методы хирургического лечения опухолей мозга, ранее считавшихся неоперабельными (например, опухолей гипофиза). Онкология развивалась как клиническая, теоретическая и экспериментальная наука: изучались причины, механизмы и закономерности развития новообразований, разрабатывались методы хирургического и консервативного лечения (Н. Н. Петров, П. А. Герцен, Н. Н. Блохин, Л. М. Шабад и др.). Успешно развиваются исследования в области иммунологии злокачественных опухолей, создана оригинальная вирусогенетическая теория канцерогенеза (Зильбер). В 60—70-е гг. большое внимание уделяется изучению роли вирусов в этиологии лейкозов, а также разработке методов комбинированного лечения злокачественных опухолей.
Изучению патологии нервной системы (невропатология и психиатрия) посвящены фундаментальные исследования Бехтерева, Л.О. Даркшевича, М.Б. Кроля, Л.С. Минора, Е.К. Сеппа, Н.В. Коновалова, Е.В. Шмидта и др. Начало генетическим исследованиям в советской неврологии положили работы М. И. Аствацатурова и С. Н. Давидопкова. В 1970-е годы в области нейрогенетики получены новые данные, касающиеся нарушения обмена при экстрапирамидных наследственных заболеваниях, определены признаки носительства патологического гена, ранних и стёртых форм заболеваний. Выделение детской неврологии и психиатрии связано с именами Г.И. Россолимо, В.П. Осипова, В.А. Гиляровского. Значит, вклад в медицинскую науку внесли работы, посвященные «малой психиатрии» (П. Б. Ганнушкин и др.), проблемам шизофрении, органических и сосудистых психозов и т.д. (Т.И. Юдин, О.В. Кербиков, А.В. Снежневский и др.). В 60—70-е гг. создана новая клинико-патогенетическая классификация шизофрении, установлены роль клеточных иммунопатологических механизмов в развитии этого заболевания и существенные нарушение при нём функции клеточных мембран, изучены возрастные особенности шизофрении, вопросы социально-трудовой реабилитации и др.