美索不达米亚医学在理论上把人体比做“小宇宙”，认为一切自然现象都会影响人体，人体构造与天体运行对应，星体的运行与吉凶祸福和疾病健康有关。这种“取象比类”的解释人体的方法与中医的“天人合一”观点几乎完全一致，但是比中医早了几千年。
公元前1792年，汉莫拉比在美索不达米亚南部创立了巴·比伦帝国。被称为人类第一部成文法典的《汉莫拉比法典》就诞生在这一时期，其中涉及医疗活动的内容很多，显示出当时医生已是一种职业，并有了内、外科医生的分工，青铜手术刀具已在医疗中广泛使用。《汉莫拉比法典》条文中包括医疗费用的收取、治疗失败的处罚等，其中眼科手术的费用是治疗骨折或扭伤的2倍以上，说明当时人们已经掌握了较为复杂和精细外科手术。
古希腊–罗马传统医学
公元前400前后的古希腊医学家希波克拉底至今仍被尊称为“医学之父”，《希波克拉底文集》堪称人类医学史上的伟大经典作品。希波克拉底提出了“四体液”理论，认为人的健康是由于四种体液和谐平衡的结果，体液失衡就会导致疾病。希波克拉底还观察到了心房和心室，认为脑是感觉的中心，对骨骼的记载比较详细。对于血管的认识则较模糊，误认为动脉行气、静脉行血，这与晚些时候后的中医气血理论基本一致。此外，对心脏的循环功能也基本没有认识。《希波克拉底文集》之《空气、水和处所》强调了健康与环境的关系，提出了整体观和预防思想，《摄生法》则介绍了有益于健康的饮食和生活方式，也即中医所谓的养生。
此后的古希腊医学家希洛菲利斯发现了大脑、脊髓和神经之间的联系，发现了人脑沟回的复杂性与人类高级智慧的联系，指出脑是智慧的中心，而不是像以往认为的心脏是智慧的中心。此外，还描述了小肠，命名了十二指肠，发现了前列腺。他还记述了眼的解剖，如睫状体、玻璃体、视网膜等。首次研究了女性生殖器官，对卵巢、输卵管等做过细致的描述和探讨。
公元1世纪，塞尔萨斯明确区分了食物治疗、药物治疗、外科手术等三类医疗方式。详细记载了整形术、摘除鼻中的息肉、摘除甲状腺、取结石、骨折等手术，特别是摘除扁桃体手术，与现代医学很相似。塞尔萨斯还详细地记述了当时使用的外科器械，有各式各样的解剖刀、杯、探子、钩、钳等100多种，在庞培城中出土、现存于意大利那不勒斯博物馆中的外科器械，与塞尔萨斯的描述完全符合。塞尔萨斯说：“医学是和理论相联系的，但是医学应当建立在可以看见原因的基础之上，模糊不清的原因不但应当从医学思想中摈弃出去，还应当从医学实践中摈弃出去。”
公元100～200年，杰出的古罗马医学家盖伦出现了，他极其强调解剖知识对于医学的重要，在盖伦的解剖学成就中，以骨骼、肌肉、脑神经等部分的解剖发现最为出色。
盖伦区分了骨端、骨干与骨骺，相当精确地描述了大约300块肌肉的形态、起止点和功能。区分了脑神经和脊神经，提出脑神经主感觉，脊神经司运动。在12对脑神经中他发现了7对，并记述了胼胝体、第四脑室、松果体、四叠体、垂体等相当多的脑组织。盖伦还记述了心脏的四个腔和四个孔及瓣膜;清楚地记述了卵圆孔和动脉导管;已知大多数静脉与动脉并行，并把由小肠到肝的静脉称为“门静脉”。
盖伦还是实验生理学研究的先驱，以前，人们普遍认为动脉行气不行血，盖伦做了一个简单的实验否定了这种错误观点。他从动物身体上分离出一段动脉，两端结扎，然后从中间剖开，结果流出了鲜红的血液。在神经生理学方面，盖伦的研究尤为出色，他所做的脊髓离断实验，不论在实验方法上或实验结论上，都与现代医学非常相似。
在治疗方法上，盖伦提出了饮食、药物、体操、按摩、放血等。盖伦记述了540种植物药、180种动物药、100多种矿物药，盖伦非常理性地摒弃了当时人们常用做药物的粪便、尿液等分泌物，并指出草药中含有效成分，也含有害成分。
