张伯端的内丹学说主张以内丹为修仙途径，而以“性命双修”为其内炼大旨。认为以人体为鼎炉，以精气为药物，以神为火候，通过内炼，使精气凝聚不散，结成金丹。同时，他继承陈抟内丹修炼的系统方法，将炼养分成四个阶段进行，即：筑基、炼精化气、炼气化神、炼神还虚。
张伯端虽然认为道、儒、释“教虽分三，道乃归一”，但与全真不同，他主张先修命、后修性，尤其推崇佛教禅宗“明性”境界。《佛祖统记》说他“尝遍参禅门，大有省发”，他自己亦声称“仆得达磨、六祖最上一乘之妙旨，可因一言而悟万法”。
张伯端认为：“老氏以炼养为真，若得其要枢，则立跻圣位；如其未明本性，则犹滞于幻形”。因此，他将道教炼形气作为修命，以禅宗“明心见性”、“顿悟圆通”释内丹「炼神返虚」之境为修性，主张“先以神仙命脉诱其修炼，次以诸佛妙用广其神通，终以真如觉性遣其幻妄，而归于究竟空寂之本源”。
在修行上，张伯端反对形式上的出家离俗，隐避山林。而主张“大隐隐于市”，他似乎也无意建立教团。他本人就不是出家的道士。南宗直至五祖白玉蟾，始开始有云游道士，也组织了南宗自己的教团组织。
他于北宋熙宁年间撰写的《悟真篇》，该书是最重要的炼丹理论及实践著作之一。全书宗承传统内丹学说，说明内丹炼养的根本原理就是归根返本，逆炼归元，并描绘内丹修炼的全过程及阐发丹经要点、修炼内丹的方法。《四库全书总目提要》谓：“是书专明金丹之要，与魏伯阳《参同契》，道家并推为正宗”。
张伯端在世时并没有亲自创建学派或教派，但在其身后形成了一个庞大的宗派。按张伯端传石泰、石泰传薛道光、薛道光传陈楠、陈楠传白玉蟾。辗转授受至白玉蟾，渐壮大为以《悟真篇》为理论经典的重要内丹流派。称为“金丹南宗”，由于张伯端号“紫阳”，故南宗也称为“紫阳派”，与全真道并列金丹南北宗。张伯端、石泰、薛道光、陈楠、白玉蟾，也被尊为“南宗五祖”。
张伯端著成《悟真篇》后，为寻找传人，遂发生了“三传非人，三遭祸患。”此时，他主要活动于秦岭西段一带。在此期间，他的传道活动受到了非难，可能是他身为儒者而四处传道，且所传“非人”（为行不法之事者），因此惹恼了当地太守，因而再一次被流放。途中在酒肆恰逢石泰，经说情得获释。张伯端为报此恩，乃将内丹之术尽授与石。
回顾张氏“历经风尘近百年”的传奇人生：少时屡试不第，后来两次为官，两次充军，三出天台，三传非人……张氏历尽沧桑，一心抱着“度人为重”的宗旨，以常人难以想象的经历，孜孜不倦地求得大道，世世相传。引禅入道，道禅合一。
张伯端的“道禅合一”思想不仅为金丹派南宗的性命之学奠定了理论基础，而且其所阐发的“达本明性之道”也在一定程度上革新了道教传统的修道理论，特别是他对禅宗“明心见性”的借鉴，提升了道教的精神超越之境，对道教的发展产生了深刻的影响。
张伯端自幼博学多才，无所不学，在精通诸学的基础上，他尤好金丹之学，这就为他后来融会三教而独钟道教的“性命双修”奠定了基础。
青少年时期就受到天台佛教文化熏陶的张伯端并没有接受佛教信仰，而是像当时中国大多数士人一样立身儒林。他“少业进士”，后为府吏，进入仕途，生活安定。据《临海县志》记载，直到晚年，因嗜鱼并疑其婢女窃鱼，导致“婢自经死”，而心存愧念，遂有看破人生之念头。他曾赋诗云：“刀笔随身四十年，是非非是万千千，一家温饱千家怨，半世功名百世愆。紫授金章今已矣，芒鞋竹杖任悠然。有人问我蓬莱路，云在青山月在天。”赋毕，纵火将所署案卷悉焚之，却因此而“按火烧文书律遣戍”，被遣往岭南。从此，仕途受阻。
人生的坎坷，心中的愧疚，仕途的波折，不能不促使张伯端进一步思考人生的意义问题。这时，已步入老年的他感到“百岁光阴石火烁，一生身世水泡浮，祇贪利禄求荣显，不觉形容暗瘁枯”，人生苦短，光阴似箭，即使仕途通达而获得了荣华富贵，但物质享受毕竟是暂时的，人最终难免一死。怎样才能使生命更加有意义？人生的解脱之境究竟何在？对人生问题的思考成为他转向宗教的重要契机。
熙宁二年（1069年），张伯端移居成都，笃信道教。并于熙宁八年（1075年）完成《悟真篇》。之后，张伯端并没有停止对解脱理论的探讨。他特别对禅宗明心见性、顿悟成佛的修道方法与理想境界十分推崇。
据现有资料看：张伯端虽然欣赏以“明心见性”为特点的禅学，但他最终并没有以佛为本，也没有放弃或转移得道成仙的思想目标，而是力图以道教的修炼性命之说来会通儒佛道三教，特别是沿着刚刚兴起的钟吕金丹道的理路，通过融合道、禅来革新传统道教，使之既能够在一定程度上适应现实之人对生命的关爱，又促进了道教理论的更新发展。这也是后来道教推崇张伯端，将其奉为“紫阳真人”的重要原因。
在修道方法上，张伯端既不倡服食丹药，也不用符箓科仪。他认为这些传统道教的修道方法都执着于某一极端，故非正道。人们若依这些极端的方法勤苦修道，最终还是难以达到长生成仙的目的。
张伯端认为，外丹采用的丹药都是一些外在于人的三黄（雄、雌黄和硫黄）、四神（铅银汞砂）等物，如炼制不当，不但不能使人永保生命，反而会损害人的肉体乃至精神。因此，他谆谆告诫人们“休炼三黄及四神，若寻众草更非真”，努力扭转传统道教那种向外追求长生成仙的方法，而将注意力转向了人本身。张伯端反复强调“人人本有长生药，自是迷途枉摆抛……要知炼养还丹法，须向家园下种栽。”他所说的长生药其实就是人体内部的精气神。张伯端认为，精气神是人的成仙之基，可是人们常忽视了它的存在而向外寻求，以至于走上了向外求索的迷途。因此，他要人回归自身，努力修炼以精气神为内炼药物的内丹术。其实，在张伯端生活的时代，道教的内丹修炼术已开始流行，其方法多达十几种，但大同小异，都以性命二字为根本宗旨，性指神，命指精气。因而如何通过修炼精气神而达到性命双修的功效，也成为张伯端所著力思考的问题。值得注意的是，张伯端对修丹功效问题的思考是建立在比较儒佛道三教的生命观之异同的基础上的。他正是吸取了禅宗的“顿悟圆通”等思想来发展道教内丹术的。
他在《悟真篇序》中说：释氏以空寂为宗，老氏以炼养为真……他以一种理性的态度，分析了三教性命学说各自的特点与相互的差异，然后特别指出：教虽分三，道乃归一。在张伯端看来，儒佛道三教在性命修炼上虽各有特点，但其根本宗旨却是一致的，而人们偏执于一方，相互攻击，致使三家宗要迷没邪歧。于是，他超越狭隘的门户之见，在圆融三教的基础上，提出了“三关”修道术：先以神仙命术诱其修炼，次以诸佛妙用广其神通，终以真如觉性遗其幻妄，而归于究竟空寂之本源矣。张伯端首先以道教的养命固形之术为“初关”，在“命功”有成之后，又引入佛教的神通妙用为“中关”，强调还应进一步修炼“性功”，最后以佛教禅宗的“空寂之本源”作为修道的“上关”，从而将三教圆融最终落实在“道禅合一”的性命双修之上。张伯端的“三关”修道术既是其内丹学的核心，也充分体现了其“道禅合一”的思想特色。