主要有保肝，利胆，抗实验性胆石症，抗炎，解热，兴奋肾上腺功能，抗血小板聚集，防止动脉硬化，抑制离体平滑肌等作用。
1．保肝、利胆及抑制胆石形成 实验表明本方有显著保肝作用，对于D-半乳糖胺所致大鼠肝损害，能减轻玻璃样变性及格利森细胞浸润，抑制谷丙转氨酶（GPT)的上升，使色氨酸吡咯酶和谷酰胺合成酶的活性增强；对四氯化碳所致小鼠肝硬变，有明显抑制作用，于第1、6、7月可降低肝脏原量之24%，41%，并可抑制脾指数增加和sGPT升高，还可抑制纤维化的进展。大柴胡汤是通过增强肾上腺功能来发挥抗实验性肝损害。本方较为突出的是有显著利胆排石作用。方中药物柴胡、黄芩、大黄、生姜均有显著利胆作用。此外，大柴胡汤对胆固醇结石的动物，能明显降低胆石形成率，减小胆石形成之体积，同时还有效地降低血清中性脂肪含量。
2．抗炎 本方组成药物多数具有明显的抗炎作用，对多种实验性炎症均可抑制。（1)抑制用叉菜胶性足肿胀：用角叉菜胶致炎的大鼠用大柴胡汤4小时后，其抑制率为16.4%，与芍药、枳实和大黄的作用相似，也与阿司匹林（200mg/kg)的作用相同。（2)抑制匍聚糖性足跖浮肿：对葡聚糖所致炎症的抑制作用情况与角叉菜胶相似，大鼠用本方3小时后的抑制率为12.8%，与芍药、枳实和大黄的作用相同，也与消炎痛（10mg/kg)的作用相似。（3)对佐剂性关节炎的抑制作用：本方对佐利性关节炎第6天浮肿的抑制率为20.2%，第24日为36.1%；芍药、枳实和大黄的抑制率为19.1%和50.1%；阿司匹林的抑制率是60.4%和53.5%。表明大柴胡汤具有较强的抗炎效果，而芍药、枳实和大黄是大柴胡汤抗炎作用主要药物，本方对慢性炎症的作用较急性炎症强。另有实验表明对免疫性炎症的作用较对非特异性炎症强。抗炎机制：可能与兴奋肾上腺功能以及抑制环氧化酶的活性有关。
3．解热 本方对实验性发烧动物具有明显的解热作用，其解热抗炎作用可能与以下作用有关，给大鼠口服大柴胡汤1.1g/kg，能明显降低血浆PGE2含量。体外实验表明能抑制花生四烯酸转化为PGH2，故认为本方可能具有抑制环氧化酶的活性而解热抗炎。
4．抑制血小板聚集 本方具有类似地塞米松、阿司匹林及消炎痛的抗血小板聚集作用，小鼠分别口服大柴胡汤、地塞米松、阿司匹林、消炎痛，对胶原诱发血小板聚集均有抑制作用。地塞米松的抑制率为52%，最大抑制作用在1.5小时，阿司匹林的抑制率为48%，最大抑制在4小时，消炎痛在1和4小时显示前强后弱的两个抑制峰，抑制率分别为49%和34%，而大柴胡汤在1和5小时呈现前弱后强的两个抑制峰，抑制率分别为45%和52%。
5．防止动脉硬化 给大耳白家兔口服胆固醇6个月，造成动脉粥样硬化模型。在此期间同服大柴胡汤，于第6个月采用无损伤光学体弹性模数测定法（EV)作为动脉粥样硬化的间接评价指标。实验发现，大柴胡汤可改善胆固醇所致的胸腔动脉硬化，能减少动脉硬化损伤区域降低总胆固醇和磷脂的升高，抑制羧脯氨增加。此外，给4月龄的小鼠服用大柴胡汤，每日0.4g/kg，并喂以含5%胆固醇的饲料，观察12个月。本方对肝、心及主动脉的脂质降低不明显；对心脏的钙、镁、磷含量无明显改变，但可抑制钙在动脉沉积，并抑制胶原含量的增加。因而大柴胡汤长期服用，有防止动脉硬化的作用。
6．对离体平滑肌的影响 本方对乙酰胆碱和氯化钡所致离体豚鼠回肠痉挛的解痉作用比小柴胡汤强，而抗组胺的收缩作用却弱于小柴胡汤。大柴胡汤可抑制大鼠离体子宫的自发性收缩运动，并能对抗去甲肾上腺素对离体豚鼠输精管的收缩作用。对离体豚鼠心房也能抑制其心博数。
7. 对肾上腺功能的影啊 给人鼠口服大柴胡汤后，血中甾体类化合物的含量明显高于对照组动物，而且肾上腺的重量也明显增加，表明大柴胡汤能显著兴奋肾上腺皮质功能。
