大量的临床研究表明，艾灸的治疗作用是通过多方面的综合因素来实现的。为了探讨艾灸的作用机理，近年来一些学者从不同角度进行了实验研究，取得了一些进展。如用艾条灸治856例患者，灸感出现率达85%，病情愈重愈急，感传现象也随之减弱与消失，在感传线与感传区域内出现温度上升与痛阈提高，且灸感走向与腧穴位置、疾病部位有关，说明艾灸是通过腧穴经络而起作用。国外有人观察单壮(艾炷0.5～2毫g)灸后，皮肤表面温度上升到105℃左右，皮肤内的温度亦明显上升，说明艾灸确有温煦作用，且有较强的渗透力。用艾条熏灸冠心病心绞痛患者的内关、足三里和膻中等穴，观察其球结膜微循环的变化，39例均明显改善。艾灸内关穴可使患者脑阻抗血流明显改善，流入容积速度加快，波幅升高30%～50%;高血压者的血压有不同程度下降，说明艾灸内关可使脑血管扩张，脑血流增加，脑部血液循环改善。艾灸冠心病患者的内关、膻中、心俞穴各20min，可使心电图的ST-T波均明显升高，使心脏的收缩力增强，心脏的供血得到改善。表明艾灸对心脑血管病变有明显的调节作用。
国外学者在鼻两侧距皮肤2～3cm处行艾条灸，治疗过敏性鼻炎，88%患者症状显著性改善，47%患者灸后10min给过敏原无反应，也无症状表现;5例自愿参与本研究者灸后鼻内温度平均增加3.1℃(1cm点)和30℃(4cm点)，其中4例灸后鼻液中白细胞数显著降低。用化脓灸治疗支气管哮喘，可使外周血中嗜碱性粒细胞计数下降，对免疫球蛋白有双向调整作用，即高值者下降，低值者上升;使E-花环形成率和淋巴细胞转化率升高，且均有显著差异。以艾炷灸实验性结核病小鼠的“大椎”、“关元”穴，可提高巨噬细胞吞噬功能，促进T淋巴细胞功能调控作用，并对该病有明显疗效。以上表明，艾灸对人体免疫功能具有明显的调节作用，这种调节作用是良性的积极的，总体上是沿着对患者有利的方向进行调整。另外，对于灸疗治疗肿瘤的现代医学机理，很多学者进行了大量研究。已证实，艾灸能提高免疫功能可能是灸疗治疗肿瘤的主要机理。
灸犬“足三里”穴，可调节胃肠运动功能，在20次艾灸实验中，有18次胃肠活动出现兴奋或抑制性改变。艾灸小鼠的“神阙”穴，不管是空腹状态，还是在用不同的药物使小肠运动已经有所改变的状态下，都可以使小肠内容的推进速度减慢，具有抑制小肠运动的作用。在以氨基甲酸乙酯麻醉的家兔中艾灸“至阴”穴，并记录子宫活动曲线，发现艾灸可引起子宫活动的增强。说明，艾灸具有调整内脏活动功能的作用。
用艾灸急性失血性休g犬“百会”穴发现，在血糖含量增高的情况下，灸后更见上升，提示灸后血浆中游离肾上腺素含量显著升高，认为艾灸可能有促进肾上腺活动的作用。艾灸流行性出血热大鼠模型的“肾俞”穴区7次，14日后，其血浆和肺、肾组织中的5-羟色胺与5-羟吲哚乙酸含量明显降低，并趋于正常，说明艾灸能缓解流行性出血热病毒感染所引起的病理生理反应，在一定程度上纠正了体液因素分泌和代谢的紊乱，促进了机体内环境的改善和稳定，并能提高其血中流行性出血热病毒特异性抗体效价，对病毒有抑制作用。还发现艾灸可使豚鼠气体代谢适量增高，并推断其耗氧量的升高，可能是艾灸刺激了其作用部位神经感受器反射性地引起的，植物神经与内分泌腺是其中间环节。
近年来，除了传统的温热刺激外，应用艾烟熏灸，观察外科化脓性疾病患者575例，效果明显者528例，抑菌试验表明，艾烟对大肠杆菌。金黄色葡萄球菌、乙型链球菌、绿脓杆菌均有抑制作用。
综述诸家研究资料可以看出，艾灸对血液循环、机体免疫、神经、内分泌、呼吸、消化、生殖等系统都有一定的促进和调整作用，这些研究为艾灸的临床应用提供了可靠的理论依据，但在其深度和广度上还有待进一步探讨和研究。