Erst im 19. Jahrhundert setzte eine wissenschaftliche Betrachtungsweise der Heilpflanzen und ihrer Inhaltsstoffe im heutigen Sinn ein. Mittels chemischer Arbeitsmethoden begann man, einzelne Wirkstoffe aus den Pflanzen zu isolieren. So etwa wurden aus dem Schlafmohn (Opium) das Morphin, aus der Tollkirsche das Atropin und aus dem roten Fingerhut das Digitoxin isoliert. Diese Stoffe sind aus der modernen Medizin bis heute nicht wegzudenken. Durch die chemische Isolierung reiner Wirkstoffe aus Giftpflanzen konnte man nun auch das frühere Problem der risikoreichen, nicht immer genau bestimmbaren Dosierungsmenge umgehen. Es wurde möglich, die einzelnen Wirkstoffe in Tabletten, Tropfen oder Salben exakt zu dosieren und sie genau so wie synthetisch hergestellte anzuwenden.
Reinsubstanzen werden jedoch nicht als Phytotherapeutika bezeichnet. Das Faszinierende an pflanzlichen Arzneimitteln ist die Vielzahl von Wirkstoffen in diesen Präparaten.
Bis heute gibt es Pflanzen, bei denen trotz intensiver Beforschung die Wirkstoffe nicht bekannt sind, die Wirksamkeit allerdings nicht nur aus der Erfahrung, sondern auch in vielen Fällen durch klinische Studien belegt ist. Solche Stoffgemische werden in der modernen Phytotherapie angewendet.