对药性与成分的关联性进行分析，发现凡含有挥发油类的中药，其性多温热；含有皂苷、蒽苷等苷类成分及薄荷脑的中药，其性多寒凉。热性中药总蛋白含量一般明显高于寒性中药总蛋白含量。测定20味典型道地寒性与热性中药总糖含量，结果发现热性中药的总糖含量均值几乎是寒性中药的2倍。中药的寒凉性质与所含物质的分子量有关。一味中药含有众多化合物成分，但并非所有成分都是活性成分，中药主要活性成分分子量在Da以下者多表现为温热药性，而主要活性成分分子量在Da以上者多表现为寒凉药性。药物所含活性成分分子量越大，其寒性系数也越大。温热药如附子、乌头等均含有的有效成分去甲乌药碱可能是多种温热药性的物质基础，具有增强心肌收缩力、增加心率、扩张血管等药理作用。无机盐类中药的结晶水是此类中药产生寒凉性质的重要因素。寒凉性中药一般具有解热、镇静、降压、抑菌作用等共同药理效应，如黄芩碱、小檗碱等成分均有这种作用，认为这些有效成分是中药寒凉性的物质基础。温热药含锰量显著高于寒凉药，但铁含量显著低于寒凉药；寒凉药和温热药钾含量均显著高于平性药。量子理论认为，中药之所以有四气，其根本在于所含的化学元素具有寒、凉、温、热四性；一般说来给出电子为碱为寒凉，接受电子为酸为温热。酸碱有强弱之分，故有四性，酸碱平衡者即为平性。研究者对个常用中药四气和五味之间的关系研究表明，温热药中辛味最多（包括兼有他味者），占69.3%；甘味次之，占29.4%。平性药中甘味最多，占55%；辛味次之，占27%。寒凉药中苦味最多，占53.3%；甘味次之，占33.7%；辛味居三，占24%。辛味药多温热，纯辛药中温热药占82.5%，寒凉药只占7%。苦、咸药多寒凉，纯苦药中76.3%为寒凉药，仅7.5%为温热药；纯咸药中61.1%为寒凉药，22.2%系温热药。酸、甘药则温热与寒凉相近，纯甘药中40.9%为寒凉，23.9%为温热；酸味药中44.4%为温热，22.2%为寒凉。中药有效成分对人体的蛋白质组、激素等可产生作用，进而影响到基因组的调控性能及整体性，热性和温性可以激发基因组的活性，增强基因组的演化功能，促进内分泌等；寒性和凉性则相反。故认为中药四气的现代科学内涵是兴奋（热性）和抑制（寒性）作用，基因组是反映中药药性四气的重要因素。生物热动力学、系统生物学也用于中药四气的现代本质研究。前者认为中药药性功能实质上是中药与生物机体间的相互作用，可以对这些相互作用发生的变化和转移采用热力学方法（如微量量热学）进行检测，并用热力学第二定律加以刻画，从而揭示中药四气的现代科学内涵。另有通过14C-2-脱氧葡萄糖及放射自显影法研究中药“四性”，结果表明中药四性的寒热温凉之间并不只是作用程度的量的差别，还包含作用于不同组织器官的质的差别。总而言之，中药四气的研究是一个复杂而系统的工程，既要从四气来源的角度研究四气的现代基础，更应注意与相关学科如物理化学、植物学、生物学、遗传学、统计学等紧密联系，多层次、多学科交叉、多因素、多靶点、动态研究。
