《悟真篇》用诗词形式阐述内丹修持之道。先讲“养命固形之术”，是内丹修炼的“命功”。也就是通过修炼人体内“精、气、神”三宝，结成长生不死的金（内）丹。再述“达本明性之道”，为内丹修炼的“性功”。即通过心性的修养，达到虚寂无为的境界。其修炼过程是从“命功”入手而以“性功”结束，体现了南宗性命双修，先命后性的功法特点。
《悟真篇》由上、中、下三卷及附录组成。
上卷七言律诗16首（以表二八一斤之数），为总论。首先以“试问堆金等山岳，无常买得不来无”的警语教人修炼金丹以脱生死，再以“人人自有长生药”来坚定修炼者的信心。接看讲明“顺行成人，逆行成仙”的丹功原理，简述内丹修炼的药物、火候、取坎填离等要点，以达到“玄珠成象，寿永天地”的目的。
中卷七言绝句64首（合《周易》六十四卦），是全篇的主体，具体阐述内丹的修持方法。
第一，描述内丹的修炼过程。指出：“先把乾坤为鼎器，次将乌兔药来烹”。“药”即“真种子”，就是“精、气、神”三宝。“此般至宝家家有，自是愚人识不全”。告诫世人须善用“三宝”，切勿枉自抛丢。又以“竹破须将竹补宜，抱鸡当用卵为之”的原则，强调修炼之始，须以先天真一之气（金丹基质）同类之物补足已耗损的精、气、神，称之为“筑基”。然后按“炼精化气-炼气化神-炼神还虚”循序渐次修炼，最后与道合一，成就金丹大道。
第二，阐述内丹的道家渊源。“《阴符》宝字逾三百，《道德》灵文满五千。今古上仙无限数，尽从此处达真诠”。将内丹功法源头上溯到黄帝的《阴符经》和老子的《道德经》，以道论仙。取《道德经》中“道生一，一生二，二生三，三生万物”以及“归根复命”、“祸福互变”的理论，以“道自虚无生一气，便从一气产阴阳，阴阳再合生三体，三体重生万物昌”，来阐发顺行万物化生，暗示逆行归原丹法，以求归根复命。又取《阴符经》“火生于木，祸发必克”，“生死互根”，“恩害互变”之理，强调内丹修炼重在领悟真诀，适时动机，则阴阳施运，脏腑安宁。书中沿用《参同契》术语，排斥旁门小术，否定外丹烧炼，认为只有“群阴剥尽丹成熟”，“金丹只此是根宗”。
第三，阐述内丹的修炼要点。篇中用隐秘诗词，披露了炼丹之中火候、采药、锻炼、封固、沐浴、温养等要点。首论火候进退。强调“火候”的重要性，严防太过和不及。调其中和，知其“止足”。如知进而不知退，知作而不知止，则反受其害。次论“性命之学”。认为佛门专修心性有失偏颇，只有性命双修才能成为真人。即便是“性命双修”，在功法步骤上还要“先命后性”：“始于有作人无见，及至无为众始知，但见无为为要妙，岂知有作是根基”。性、命本不相离，但“有作（指命功）”是根基，“无为（指性功）”由之发展而来。“药逢气类方成象，道在希夷合自然，一粒灵丹吞入腹，始知我命不由天”。所谓希夷大道，本出清静无为，而性命双修，可巧夺生死之权，故云“我命在我不在天”。
下卷五言四韵1首（以象太一之奇），《西江月》12首（以符一年十二个月的岁律）。此外又续添了《西江月》1首（以象闰月），七言绝句5首（以象五行）。
五言一首总括全部功理：“女子着青衣，郎君披素练，见之不可用，用之不可见，恍惚里相逢，窈冥中有变，一霎光焰飞，真人自出现。”谓阴阳交感，先天真一之气于“恍惚”、“窈冥”之中“无中生有”，霎时之间，内丹成就。
《西江月》十二首等，也多是补充强调前述八十一首之内容。
书成之后，张伯端认为其中对“炼精化气”、“炼气化神”阶段的传统“命功”阐述较详，而对“炼神还虚”（体现“本源真觉”）的“性功”发挥得不够。因此进而深研佛教禅学，然后形成《歌颂诗曲杂言》三十二首，作为《悟真外篇》附之卷末，进一步阐发性命双修、形神俱妙、与道合真的“无为”境界。
《悟真篇》总结了宋代以前的内丹理论及方法，并融儒佛禅宗于一炉，对于后来的内丹发展影响甚大，是中国道教史上的一座里程碑。此书与《参同契》同为历代道教徒最为推崇的两部炼丹经典，至今仍在为人类的气功养生发挥着重要作用。
清帝雍正崇禅贬道，唯独对紫阳真人备加推崇，亲自为《悟真篇》作序，盛赞“篇中言句，真彻了彻，直指妙圆，即禅门古法中如此自利利他，不可思议者，犹为希有！仙俊哉！大丈夫也。”当代国学大师南怀谨认为：“如果我们将丹经的鼻祖著作《参同契》比之老子的书，那么另一部丹经，宋代紫阳真人所著的《悟真篇》应该比之如庄子的书了。”