牡丹作为中药最早见于《神农本草经》，其中记载：“牡丹主寒热，中风，瘛疭，痉，惊痫，邪气，除症坚，淤血留舍肠胃，安五脏，疗痈创。”1972年在甘肃省武威市柏树乡发现的东汉早期医学竹简中，也有关于用牡丹治病的记载。在（明）李时珍的《本草纲目》中关于牡丹入药的应用就更为详尽。

现代药学和营养学证明，牡丹籽油也是具有较高的药用价值。牡丹籽油中的α-亚麻酸、油酸、亚油酸含量丰富，这些都是对人体健康特别重要的脂肪酸。α-亚麻酸、亚油酸是人体必需而自身又不能合成的营养成份。

这些多不饱和脂肪酸的生理功能包括：改善心血管功能、抗肿瘤作用、抗炎作用、调节免疫功能等。牡丹种子中已分离得到9种芪类成份，其中Suffruticosol A、B和C为芍药科所特有的成份，这9种芪类成份具有抗癌、抗氧化、抗炎等功能。

传统的药用丹皮，主要化学物质是丹皮酚（C9H10O3）,具有镇静镇痛、降血压、抗菌消炎、抗动脉粥样硬化等功能。Patrizia等人提取了紫斑牡丹根的极性提取物，并研究其化学组成和其抗氧化、抗真菌活性，发现牡丹根提取物对心血管和呼吸道疾病具有缓解作用。