东晋葛洪对当时流传的外丹加以总结，著《抱朴子》一书，将外丹分为神丹、金液、黄金三种，并称金丹为药，烧之愈久，变化愈妙，百炼不消，毕天不朽，人若服之能令人不老不死。南北朝时外丹得到进一步发展，唐时臻于兴盛，出现了孙思邈、陈少微、张果等炼丹家，服食外丹亦成为一种社会风气。然外丹术难于掌握，多含有毒性，故进入宋代后外丹渐渐衰微，这些炼丹术著作有非常多的物理化学知识，据统计共有化学元素六十多种，还有许多关于化学变化的记载。当然、这统计还不够完整，因为不仅植物性、动物性药物没有列入，即使单从金石药来看，恐怕也不止这六十多种。

外丹原称炼丹术。道教为避免其与内丹相混淆，改称外丹。这是以炉鼎烧炼矿物类药物，制取“长生不死”仙丹"的一种实验方术。丹砂和汞是炼丹的重要原料。据载，西汉成书的《神农本草经》列丹砂为上品药，已知其能化为汞；列水银为中品药，言其“熔化还复为丹。

道教创立后，道士从方士手里继承了炼丹遗产，为制取“长生不死”药的需要，遂发展为秘传的实验技术。虽然“长生不死”的主观愿望未能实现，但在千余年的实践中，却积累了不少古化学知识。8世纪时，我国炼丹术经阿拉伯传入欧洲，成为近代化学的前驱。

秦汉时，我国金属冶炼技术有了进一步的发展，医药学又提供了使用矿物类药物以疗病的经验，由此可见，我国的外丹术最迟在秦代已经出现。在外丹著作方面，除现存的《三十六水法》是早期水法炼丹的重要文献外，尚有成书于西汉末、东汉初的《黄帝九鼎神丹经》一卷和《太清金液神丹经》三卷。前者强调唯有服食金丹才能“与天相毕”，又记载炼丹注意事项。它对东晋道教著名炼丹家葛洪“假求于外物以自坚固”的金丹理论的形成有重要影响。后者体现了早期炼丹中水法与火法并重，内养与外功结合的特点，其作“霜雪法”的生成物是合成氯化亚汞（甘汞Hg2Cl2）的最早文献。

汉晋南北朝是炼丹术的发展时期。东汉末魏伯阳撰《参同契》，总结了已往的炼丹成就。如关于黄金的化学稳定性，水银易挥发、又易与硫黄化合，胡粉（铅粉）遇碳（C）可还原为铅等。从世界化学史上来看，魏伯阳实为世界上最早的炼丹家。约与葛洪同时的炼丹家狐丘，其“九转铅丹法”是制取铅丹（Pb3O4）的最早文献，也是认识和实现化学上可逆反应的创举。他的“炼石胆取精华法”，用干馏法从石胆（CuNSO4·5H2O）中提取硫酸（H2SO4），比8世纪阿拉伯国家制取硫酸要早五六百年。东晋道士葛洪的炼丹成就，集中反映在《抱朴子内篇》中。他总结了水法炼丹中金属间的置换现象；记载了从砷化合物中提炼单质砷的方法。虽然他未能对此生成物作出有关形质的描述，但他的方法确比西方国家一致公认的最早发明家13世纪的日耳曼炼金家马格鲁斯要早九百年。南北朝时，不少皇室大臣向往服金丹以致长生。梁道士陶弘景自天监四年（505）至普通六年（525），历经炼丹实践，曾撰专著多种。虽已失传，但历代本草学援引了不少他的论述。以李时珍《本草纲目》卷八至卷十一“金石类”为例共载有关药物一百三十四条，引自陶氏《本草经集注》卷二“玉石类”原文的五十七条，几近半数。陶氏特别重视总结金石类药物的产地、形质、分类、用途及疗效，是其运用炼丹术成就于医药学的表现。

此时期制药化学也随着炼丹术的发展而临床应用。东汉时为治外科疱疡，曾以石胆、丹砂、雄黄、沯石、磁石合炼成“五毒药”。葛洪亦用雄黄解毒；盐水引吐、清洗疮口。陶弘景则在医著中保存了不少早期化学制药的方法，且合药治痈肿、恶疱、盅毒等。

唐代是炼丹术的极盛期。唐代皇室崇信金丹，虽有太宗、宪宗、大臣李道古等服丹致死的教训，但炼丹术仍盛传不衰，专题性、总结性论著大为增多。如玄宗时陈少微撰《灵砂七返篇》《九还金丹篇》，前者载：“光明砂一斤，抽出水银得十四两，含石气二两。”所谓“石气”为“火石之空气”，即丹砂加热后产生的SO2，可见陈氏实验所得水银数字已与理论数据极相近似。说明初唐时炼丹实践中的定量研究水平较之狐丘又有所提高。后者“抽汞诀”设计新颖，方法简便，收汞率高，是唐代“抽砂出汞”的新成就。另有楚泽编《太清石壁记》三卷，载丹方三十余种，其氯化汞的制取是对无机合成化学的重要贡献。托名郑思远撰《真元妙道要略》，记载了炼丹见闻三十余则，有的记录了炼丹时发生的烧手、灼面，甚至引起丹房着火的现象，第一次用文字揭示了火药的发明是与炼丹化学密切相关的事实。药物学专著则有《金石薄五九数诀》《白云仙人灵草歌》《丹方鉴源》等。晚唐梅彪撰《石药尔雅》，针对炼丹中药物之隐名、异名、一物数名、一名数物等混乱现象予以清理，成为道教炼丹文献中的重要工具书。

此时期制药化学也有发展。道士孙思邈于大业（605～618）年间所制“太一神精丹”（丹砂、曾青、雄黄，雌黄、磁石、金牙制“砒霜”），是世界医学史上最早使用砒霜治疟疾的良方。欧洲到18世纪末才以砒霜治疗疟疾，比孙氏晚了一千年。《太清石壁记》则记录用氯化汞（HgCL2）治疥癣、内痈。唐末《通玄秘术》总结了二十七个用于济世疗疾、辟寒除暑、绝谷休粮、取箭拔镞的丹方。

宋代是炼丹术渐次衰弱时期。以服食为目的的外丹术已很少有人问津，制炼黄金白银的黄白术还在继续，炼丹工具还有很大改进。如《感气十六转金丹》保留了“炉式”、“水鼎式”、“丹台式”诸图。《丹房须知》总结了以往丹房设备的经验，并绘有“龙虎丹台”、“抽汞之图”、“既济炉灶”、“未济炉”、“镇定”、“压石”（似研磨药末用）六图。而《金华冲碧丹经秘旨》上卷绘有类似“冷却”用的“水海”图；又有“甑图”一幅，表明对“火气”的控制有所改进。下卷共有六十余幅工具图，有由“磁石馏罐”和五十两甘埚子组成的“蒸馏器”装置，可用以“朱砂取汞”。

宋以后，炼丹术全面衰落，其有用的知识和技术，被历代医药学家所继承和发展，推动了中医丹药的发展。历经元、明，至清康熙五十七年（1718）有师成子著《灵药秘方》，集丹方三十个，是道教晚期的珍贵医著。据已故张觉人先生介绍，现传中医丹药的炼制有升、降、烧三种，丹药的组成有硫化汞、氯化汞、氧化汞三类，皆由炼丹遗法衍化而来，并长期成为中医外科主药。