中國古代的方士們自從海上尋仙求不死藥的活動失敗以後，便決心自己動手煉製那種奇物。但是天地極大，萬物眾多，又從何下手？哪些物質經過加工，可以服食，還竟能使人“神仙度世，與天地相畢”呢？這就要靠方士們的一番神妙的想像了。在他們看來，根據經驗，人若氣絕神散就要喪命，血盡軀朽就要身亡，因此為求靈魂永駐，生命不竭，那就要內充神氣，外捍筋骨。於是他們設想，一方面要修身養氣：“行氣導引”，以使身神不離舍，“惜精守氣”，以使“華蓋明，耳目聰，舉身無病，邪氣不侵”，這就是中國養生術中的所謂“守一胎息”；另一方面就得要服食某些能捍筋健骨而使肌體免於衰老、傷殘的藥物，於是那些千年不朽、百煉不消的礦物與金屬便被方士們看中了。其首位的是黃金，東漢時期的一位煉丹術大師魏伯陽就說過：“金入於猛火，色不奪精光。自開闢以來，日月不虧明，金不失其重……金性不敗朽，故為萬物寶，術士服食之，壽命得長久。”東晉時的葛洪說：“黃金入火，百煉不消，埋之畢天不朽”，所以吃了可以“煉人身體，令人不老不死”。再者，在中國方士們看來，人若能步入長生不死的境界，也就是仙人了，而對於仙人，方士們更有一番憧憬：他們能“與天地相畢，與日月同光；坐見萬里，役使鬼神；舉家升虛，無翼而飛，乘雲駕龍，上下太清，漏刻之間，周遊八極”。總之，最大的特點是可以羽化飛騰，遨游太空。所以，在中國古代總是把長生不死和羽化飛升聯繫在一起。因此，那些見火易飛、去質輕化的(用現在的科學語言說，就是容易昇華的)物質，在方士們看來就是一種靈異的東西，吃了或許可以感染上靈氣，換骨輕身，進而乘雲御龍，遨遊宇宙。因此，丹砂(紅色硫化汞)、水銀也就成為他們心目中的另一類靈丹妙藥了。因為“丹砂燒之成水銀，積變又還成丹砂”，它“細理紅潤，積轉愈久，變化愈妙，能飛能粉，能精能雪，能拒火，能化水，銷之可以不耗，埋之可以不壞”，真是靈異奇秘，所以魏伯陽說：丹砂進入五臟六腑，“霧散若風雲，薰蒸達四肢”，所以吃了可以“泥丸溢充，丹田豐隆，三神並悅，乘云如夢”。
中國的方士把人工修煉的“黃金製劑”稱為金液，把經過幾度轉煉的丹砂稱為神丹，兩者合稱為金丹，認為它們是最神聖的仙丹大藥，“凡欲長生，而不得神丹金液徒自苦耳”。他們對醫藥學家普遍採用草木藥很不以為然。葛洪就說過：“世人不合神丹，反信草木之藥。草木之藥埋之即腐，煮之即爛，燒之即焦，不能自生，焉能生人乎？”所以他們把自己的長生術理論歸結為“藉外物以自堅固”。也就是說，他們天真地把金石草木的堅實與柔脆和人身體質的健壯與虛弱、生命的長壽與短促這兩種本質根本不同的事物等同了起來，而異想天開地妄圖把金丹的抗蝕性與昇華性機械地移植到人的軀體中去。
但是方士們並不主張服食天然的黃金和開采出來而未經升煉過的丹砂。因為初時確有人服食過真黃金，然而卻喪了命。所以方士們又編出一套“理論”，說黃金在山石中千萬年間是由於積蓄了太陽的精氣而生成的，所以性質大熱，因此有大毒，人吃了就會銷燒人的骨髓，以致焦縮而死。於是他們便主張設法用礦物藥為原料，在丹鼎中修煉出黃金的精華，製造出人工的黃金(稱為藥金)。至於天然的丹砂礦物，他們認為其中那些不能飛升的渣滓，對人有害無益，所以最好是人工製作，再經幾轉幾返的修煉，才能成為神丹。於是，這就掀起了變煉活動，丹房就成了原始的化學實驗室。當然，金液、神丹之外，在中國煉丹術中還有另外一些丹藥，但大部分是多種礦物的混合昇華物，主要成分不外乎顏色鮮紅、很像丹砂的鉛丹(PbO)和汞粉(HgO)，色澤金黃的雌黃、雄黃(AsS和AsS)以及黃丹(PbO)、砒霜、氯化汞等。方士們所用的礦物原料品種很多，有所謂“五金八石”，銅、鉛、錫、鐵以及丹砂、雄雌黃、曾青、礬石、慈石、石膽、礜石、硫磺、硇〔nao撓〕砂、白鹽、消石等等都是他們常用來變煉的藥物。
當中國的方士們決定走煉丹的途徑以求長生後不久，他們就開始對修煉金液、神丹的技藝尋求理論指導，即金石礦物通過怎樣的配伍原則可以產生出這種神奇物質。很快，他們便逐步把我國自西周以來已流行起來的陰陽學說運用到了具體的煉丹術上，也可以說就作為他們認識一切化學過程、化學變化的理論基礎。當然，這種理論指導也有一個發展過程。開始時還相當抽象，只是個一般化的原則。幾百年後則具體化、條理化了。東漢時著名方士魏伯陽寫了一部煉丹術的純理論性著作《周易參同契》，運用《周易》的陰陽學理來闡述煉丹術，這部書中有大量“日月”、“男女”之說，都是以比喻手法來闡明煉丹的基礎就是陰陽兩情交媾，當交感合乎常規，金丹修煉就會成功；而“乾坤(即陽陰)者，《易》之門戶，眾卦之父母”，故煉製金丹與《易》雖異途而理則歸一。例如他說：“乾剛坤柔，配合相包，陽禀陰受，雄雌相須，須以造化，精氣乃舒。觀夫雌雄交媾之時，剛柔相結而不可解，得其節符，非有工巧，以製御之。”又說：“男女相須，含吐以滋；雄雌交雜，以類相求。”這都是強調陰陽二要素之配化乃煉丹術原理之大要。他猶恐世人不明此理，於是又進一步做了有趣的比喻：“牝雞自卵，其雛不全”；“雄不獨處，雌不孤居。玄武龜蛇，盤虯〔qiu求〕相扶，以明牝牡，畢竟相胥。假使二女共室，顏色甚姝，令蘇秦通言，張儀為媒，發辨利舌，奮舒美辭，推心調諧，使為夫妻，弊發腐齒，終不相知。”可謂千叮萬囑，煉丹之舉絕不可違陰陽相匹的原則。但是在煉丹過程中究竟如何具體地運用這個原則，他卻沒有講出來，或一時還講不出來。大約到了唐代，煉丹家們對那些礦物原料的化學性質，對看到的那些化學變化進行了歸納總結，並對這些知識以陰陽學理來統率。於是他們把各種礦物藥分為陽藥和陰藥兩大類，認為理解和運用陽藥與陰藥間的兩性交媾、消長變化、彼此共濟和相互制約是掌握煉丹原理的關鍵。他們說，煉製神丹大藥就是“取陰陽之精，法天地造化之功，水火相濟，自無入有，以成其形”，經過這一過程，陰陽相制，於是“陽魂死而陰魄亡，乃夫婦之合情，陰陽之順氣”，修煉便告成功，大丹便孕育而出。若違反這個原則，那麼“孤陰不育，寡陽不生”，必然導致失敗。至於哪類藥物屬陽性，哪類藥物屬陰性？固然中國的方士們始終未能提出一個明晰的定義，但有一些基本見解可以作為通則。他們通常是把容易燃燒、顏色赤黃、見火易飛(昇華)的礦物，隸歸陽性。例如黃金是“積太陽之氣薰蒸而成，日之精也”；硫磺見火起焰，是“火石之精氣”；丹砂色澤鮮紅是因生於“炎方”(南方)，“禀離火之氣”；雄黃生於“向陽之山”，在火上一經加熱，便飛颺升騰；曾青〔藍銅礦，CuCO(OH)〕顏色青綠，在五行中屬於東方木，所以它們都屬於陽性。而那些好伏不動，志性沉滯，形質頑狠，不能燃燒或形成於陰山水旁的，則隸歸陰性，例如黑鉛，形色晦暗，五行中屬於北方水；汞色白，其狀如水似銀；硝石(KNO或NaSO·10HO)生成於湖邊水旁或陰濕角落，被認為是深秋時節從“積寒凝霜之土地而生”；硇砂(NHCl)、礬石〔KAl(SO)(OH)〕生於陰山，白色結晶，被認為是“積冰凝之，結水變成”，所以這些藥物都屬於陰性，功能是可以製伏極陽的金石。例如唐代的一位煉丹家張九垓在其《金石靈砂論》中說：“一陰一陽曰道。聖人法陰陽，奪造化，故陽藥有七，金二石五，黃金、白銀、雄雌黃、砒黃、曾青、石硫黃，皆屬陽藥也；陰藥有七，金三石四，水銀、黑鉛、硝石、樸消，皆屬陰藥也。陰陽之藥各禀其性而服之，所以有度世之期、不死之理也。”固然，這種說法和這樣的物質分類法用現在的眼光來考察並不很科學，但確曾指導著古代的方士煉製到不少重要的化合物。例如他們用水銀和硫磺合煉出了紅色硫化汞；用丹砂與明礬、消石升煉出了氧化汞；用丹砂與礬、鹽合煉出了氯化亞汞；用雄黃和硝石升煉出了砒霜；用金屬錫與雄黃升煉出了二硫化錫(金黃色彩色金)等等。所以陰陽學說在中國丹藥化學上是起過積極作用的。
那麼天然的金石礦物為什麼在丹鼎中可以被修煉成神丹，品質低賤的鉛錫銅鐵為什麼可以點化成金銀？古代的方士們怎麼會相信這種嘗試會獲得成功？為何會產生出這樣的信念？當然，神仙思想是一個根源，但不是主要的。更重要的是在他們關於金石物質在自然界中發生演變的認識中，還流行著一種見解：天然金石物質隨著時間的推移，會自然地朝著自我完善的方向轉變。可以稱之為“自然進化論”。煉丹家們並認為某些物質在自然界中可以逐步完成向黃金，甚至向長生不死神丹的轉化。不過，所需時間是極為漫長的。這種議論很多，既相當古老，又延續久遠。例如有這樣一些說法：
“雌黃千年化為雄黃，雄黃千年化為黃金。”
“真液與離宮(南方)之氣千餘年結為水銀，又一千年結為硃砂，如松脂入地千年化為琥珀之類也。”
“有丹砂處皆有鉛及銀(水銀)，右雄左雌。抱持日月陰陽氣，四千三百二十年乃氣足，而成上仙天人還丹(即長生大藥神丹)。”
我國古代方士們在這種思維過程中產生了一個非常革命的思想，就是人為地創造一種環境，使這種自然進化的速度加快。在他們看來，金屬冶煉就是這種可能性的有力憑證。於是他們相信，把金石藥物放在丹鼎中，靠著陰陽的配媾，仿照天地造化的原理，輔之以水火相濟的促進，便可以極大地加快進化的日程，那麼人工修煉神丹，變煉銅鉛為黃金、白銀都可以在短時間內完成。基於這種想法，他們認為丹鼎就是一個縮小的小宇宙，在這個“小宇宙”中由於有水火相濟，時光進行得很快，藥物在其中一日可相當在外界俗世過了許多年。例如唐代丹經《丹論訣旨心鑑》就說：丹砂皆生南方，向日相近，感氣積年而生也，4320年氣足乃成自然還丹。而今有仙人秘教，只要火候依節符，炭數斤兩應爻卦，乾坤施行運轉逐日，火候自然相邀，則一時辰可當一年，而一年12月，一月30日，一日12時(時辰)。一年360日，故在丹鼎中孕育一年，便可當自然中4320年矣。因此今下界神仙修煉鉛汞，陰陽交感，變通靈化，一年神丹赫然煉成，服之亦可長生羽化，與天地同功。所以宋人程了一的《丹房奧論》就說：“一鼎可藏龍與虎(指汞與鉛)，方知宇宙在其中。”可見古代的煉丹家很有一股志氣，決心要巧奪天工。所以他們對丹鼎、壇爐和煉丹火候幾乎都是模擬他們理解的大宇宙來設計和掌握。在這項認識和實踐中，固然確有不少神秘主義甚至迷信的色彩，但他們相信在丹鼎中能夠仿造出自然界中存在的，而且更加完善的物質，這種想法無疑是正確的，已在現代化學實驗室中被千萬次地證明了；而且通過“水火相濟”也的確可以極大地加快化學變化的速度，更千真萬確是科學的，所以我們對“金石自然進化論”的思想以及模擬宇宙，創造小宇宙的氣魄和行為應給予高度評價，它是原始化學思想和活動的精華部分。