張元素自學成才，他廣泛吸收和繼承前人的醫學精華，特別借鑑是醫藥學的成果。他所處的北宋時期，由於印刷術的發展，出版大量的醫學著作，如《素問》《靈樞》《傷寒論》《金匱要略》《針灸甲乙經》《諸病源候論》《脈經》《千金方》等瀕於散佚的著作得以整理出版，這對於他的醫學研究提供了條件。他的醫學思想主要淵源於以下幾方面：
一是《內經》理論：他對《內經》有深入的研究，特別是對《內經》中藥物理論的研究。如藥物氣味、歸經、補瀉等問題的探對，主要根據《內經》理論加以闡發。
二是華佗《中藏經》理論：《中藏經》中對五臟六腑中各髒、腑的生理、病理（寒熱、虛實）詳細論述，成為中醫臟腑辨證學說的雛形。張元素在臟腑辨證方面受《中藏經》的影響很深。
張元素的《醫學啟源》直接引用《中藏經》的《論五臟六腑虛實、寒熱、生死、順逆之法》等各篇的內容，並根據自己的經驗，附以有關臟腑諸病的用藥心法，另成一篇《臟腑標本寒熱虛實用藥式》，系統地完善了臟腑辨證學說的理論。
三是張仲景學說：張元素推崇張仲景的學說，他在《內外傷辨惑論》中曾說：“仲景藥為萬世法，號‘群方之祖’，治雜證若神。後之醫家宗《內經》法，學仲景心，可以為師矣。”他欣賞張仲景關於臟腑辨證的觀點，他在《潔古家珍》論中風病機，詳辨中經絡、中腑、中髒各症狀等內容，就是源於張仲景的《金匱要略》。
他根據張仲景的六經辨證法，診治內傷雜病，處方用藥效法張仲景。他很重視張仲景立法制方的道理，能師其意而另創新方。如九味羌活湯解利傷寒，就是根據張仲景麻桂二湯的主證所製成，加減白通湯即由白通、理中二方化裁而成，增損應用，其效如神。
張元素的枳朮丸就是根據《金匱》枳朮湯的用意而製成的丸方。枳朮丸是以養胃氣為本的代表方。本方治痞、消食、強胃，主治脾不健運，飲食不化，氣滯積聚而成心下痞悶之證。《金匱要略》此方是枳實用量重於白朮，以消化水飲為主，兼顧脾胃。張元素改湯為丸，白朮用量多於枳實，則以補養脾胃為主。
四是錢乙《小兒藥證直訣》：錢乙善師古法而化裁新方，張元素在臟腑辨證方面，受《小兒藥證直訣》中五臟辨證內容的啟發，在臨證上常採用錢乙方劑。在其《醫學啟源》中將錢乙的地黃丸、安神丸、瀉青丸、導赤散、益黃散、瀉黃散、瀉白散、阿膠散等方劑，用於五臟病、補瀉病方面的治療。
五是劉完素學術：劉完素是當時河間學派的領袖，張元素是易水學派的領袖。兩派在五運六氣學說、熱病的處理方面看法相近。兩派同中有異，各有千秋：劉派辨證重主火，張派辨證重主氣；劉論治重選方，張論治重遣藥。
張元素吸取劉完素在選方方面的特長，劉完素的益元散、防風通聖散、三一承氣湯等，張元素在臨床上常用。兩家學說互相滲透，互相促進，兩派爭鳴卻促進了當時醫學的發展。
