柴胡桂枝汤对用H2受体拮抗剂治疗无效的十二指肠溃疡有良好效果，每日1剂，水煎服，10天为1疗程。研究表明柴胡桂枝汤可抑制胃蛋白酶的分泌，从而减低胃液对黏膜的损害作用，同时柴胡桂枝汤能影响促胃泌素的分泌，加强十二指肠黏膜的防御作用。
研究认为癫痫放电现象是细胞内贮存的钙在释放过程中，钙结合状态的改变使与钙相关的细胞内蛋白质、细胞膜离子通道也发生变化，出现了神经元突发型病理放电。柴胡桂枝汤可使一些相关性改变的每个步骤都受到抑制，从而达到抗癫痫作用。有人用本方治疗84例癫痫病人，每日1剂，10剂为1疗程，结果治愈25例，显效41例，好转13例，无效5例，总有效率高达94.05%。
反复感冒多与人的机体免疫功能低下有关，有研究发现柴胡桂枝汤能增强机体的免疫功能。实验表明柴胡桂枝汤可使造血干细胞向淋巴细胞分化，并使正常幼鼠的免疫机能活化。据报道柴胡桂枝汤治疗易感冒儿童急性上呼吸道炎症患者18例，结果显效12例，有效4例，无效2例，并且发现症状改善最明显的是发热，其次是食欲、咳嗽、喷嚏、清涕。
柴胡桂枝汤有良好的解热、抗病毒、抗感染的作用。用于治疗某些病毒感染引起的发热有良好的效果，并对感染引起的惊厥有效。据报道有人以本方加生石膏、川芎和苍术治疗病毒感染性发热112例，每日1剂，重者可1日2剂，一般服药5剂有效，总有效率为87.5%。
神经衰弱是大脑皮层兴奋和抑制过程失去平衡所致，多见头痛头昏，焦虑烦躁，疲倦乏力，注意力不集中，失眠健忘，心悸气短，胃纳减退，脘腹痞满，甚至皮肤过敏、阳痿、遗精等。研究表明柴胡桂枝汤对人体内分泌系统有一定的调节作用，尤对脑皮质的兴奋和抑制有双向调节作用，可调节和消除神经衰弱引起的一系列症状。有人以柴胡桂枝汤加味治疗神经衰弱60例，每日1剂，14天1疗程，一般1～2疗程即可获效。
反复发作的脑局部血流一过性减少，于相应供应区出现短暂神经症状，约25～40%在5年内发展为完全型脑梗死。实验表明柴胡桂枝汤对脑部神经元的缺血性损伤有保护作用，同时可促进血液循环，增加脑血流量，有良好的改善脑缺血的功能。
