Гален „подробно изучил анатомию всех систем организма. Он описал кости," мышцы, связки, внутренние органы, но особенно велики его заслуги в исследовании нервной системы. Гален описал все отделы головного и спинного мозга, 7 (из 12) пар черепно-мозговых нервов, 58 спинномозговых нервов и нервы внутренних органов. Он широко использовал поперечные и продольные сечения спинного мозга в целях исследования чувствительных и двигательных расстройств ниже места сечения. “Если рассекать какой угодно нерв или спинной мозг, — писал Гален, — то части органа, лежащие выше места сечения и остающиеся в связи с головным мозгом, сохраняют еще способности, исходящие из этого начала, между тем как вся часть, лежащая ниже разреза, не в состоянии более сообщать этому органу ни движения, ни чувствительности”

Он детально описал анатомическое строение сердца, венечные сосуды и артериальный оталлов) проток. Однако перегородку сердца Гален ошибочно считал проницаемой для крови (как это имеет место у плода). По его мнению, кровь могла беспрепятственно переходить из правого сердца в левое, минуя периферические сосуды и известные нам круги кровообращения (Гален не знал кругового движения крови). Эта ошибочная точка зрения в течение многих столетий считалась в Европе единственно правильной и не подлежала критике (вплоть до XVI в., когда испанский ученый-богослов М.Сервет в своем труде "Возрождение христианства" впервые в Европе описал малый круг кровообращения; см. ниже). Математическое и экспериментальное обоснование кругового движения крови было дано лишь в 1628 г. английским ученым У.Гарвеем. (Гален. О назначении частей человеческого тела / Пер. с лат. — М.: Медицина, 1971. — С. 17.)

Гален широко занимался лечебной практикой. Его учение о болезни носило гуморальный характер и основывалось на представлениях о четырех главных соках организма: крови, слизи, желтой и черной желчи. Он был опытным хирур-гом и считал анатомию фундаментом хирургии. "Мне часто приходилось, — писал он, — водить рукой хирургов, мало изощренных в анатомии, и тем спасать их от публичного позора".

Гален внес большой вклад в развитие фармакологии. Ряд лекарственных средств, получаемых путем механической и физико-химической обработки природного сырья (как предложил это Гален), до настоящего времени носит название "галеновы препараты" (термин, введенный Парацельсом в первой половине XVI в.).

Вместе с естественно—научными позициями значительное место в учении Галена занимали идеалистические воззрения. Большое влияние на формирование его мировоззрения оказали и философия Платона, которая наряду с космологическим дуализмом (идеи и материи) , признавала антропологический дуализм (тела и души), и телеология Аристотеля о целесообразности всего созданного в природе (греч. teleologia; от telos — цель и logos — учение).