炼丹术的形成是多种社会因素长期作用的综合结果，是中国古人的精神向往、统治者的长生需求、贵族阶级的避世情怀相结合的产物，也是中国古代技术手段发展进步的结果。
早在战国时期，就有一些贵族厌恶战乱，寻求神仙长生之道，四处寻求不死药。起初，他们认为，长生不死药是自然界的精华，是大自然生成的奇异动植物或矿物，所以不辞劳苦进深山、入大海寻药。战国时期的《山海经》就记载了许多这类仙人与“仙药”，如“赤松子，好食松石、天门冬、石脂”；“方回，尧时人也，炼食云母”；“任光，善饵丹砂”等。当时的《神农本草经》也列出了一些自然药品为上品神药，如松脂“久服身轻不老，延年”，茯苓“久服安魂养神，不饥延年”，丹砂“杀精魅，邪恶鬼，久服通神明，不老”，水银“久服轻身不死”等。
到了秦始皇扫六合，一统天下后，这位“天下第一人”对长生不死药的渴求达到了痴迷、疯狂的地步。典籍的记载、神秘的传说，以及方士的信誓旦旦，让秦始皇确信仙人及不死之药的存在，数度派遣方士入海寻找仙人仙药，终归是徒劳而无功。（最有名的是秦始皇派遣方士徐福带领三千童男童女，到海上求取仙药的大规模活动。有人认为这是受到了山东蓬莱海市蜃楼现象的影响。）
渐渐地，贵族们觉得，将希望寄托在仙人赐药上实在太过渺茫，于是开始尝试服用方士炼制的丹药。当时发达的冶炼技术使人们发现了金属以及一些矿物质在炉火中发生的化学反应，进而被这些奇妙的变化所吸引，人们相信可以用冶炼的方法炼制出延年益寿、长生不老的丹药。
当代考古发现表明，在汉代初期王公贵族已有炼服仙丹的行为。1973年长沙马王堆汉墓出土之后，研究人员对马王堆一号汉墓的古尸进行了化验，发现尸体组织内铅、汞的含量大大超过正常人的水平，为正常人的数十倍乃至数百倍之多。研究者排除了尸体内的高含量铅、汞系由棺液经皮肤渗入的可能性，认为口服“仙丹”之类的药物可能是古尸体内高含量铅汞的主要来源。这表明，至少在汉代初期已经有人服食由铅汞炼制的“仙丹”了。
那么，为什么“仙丹”中会含有重金属呢？
因为古人认为，自然界中的动植物等有机物存活得再长久也终会腐化，所谓“神龟虽寿，犹有竟时”，相比而言，金属、矿物等无机物质存在的时间更为久远。如果能将这些性质通过肠胃吸收而转移到人身上，人便可以坚固不朽，长生不死。
五色药石，西汉南越王墓出土
在古人所习的炼丹术中，最重要、最常用的一种原料是丹砂。（丹砂又称辰砂、朱砂、赤丹、汞沙，是硫化汞的天然矿石，大红色。丹砂主要成分为硫化汞，但常夹杂雄黄、磷灰石、沥青质等。）丹砂呈朱红色，主要化学成分为硫化汞（HgS），古人之所以重视丹砂，大概有以下四方面原因。
首先，丹砂的颜色是朱红色的，古人认为，红色是高贵的颜色，是天地血气所化，是生命永恒的标志。
其次，丹砂具有良好的药理作用，古人认为，丹砂是药之上品，具有养精神、安魂魄、益气明目等诸多功效。事实上，丹砂至今仍是中医的常用药物，“丹砂掺入猪心蒸煮，可治心虚遗精”，“含丹砂的配方可以治疗慢性精神疾病”等，依据的就是这样一种药理。
丹砂作为仙药的第三条理由是，丹砂加热后的化学变化非常奇妙。红色的丹砂加热后可分解出白色的水银，即汞。水银有许多突出特性，它银光闪亮，是常态下唯一呈液态的金属，可以直接溶解黄金、白银等许多金属，一旦加热，它直接升华，无影无踪。我们今天熟悉汞的特性，也知道红色的丹砂炼成水银是正常的化学反应，可在古人看来，这却是不可思议的神奇之事。更让古人惊奇的是，白的水银加热氧化后，又变为红色，这种由红变白，又由白转红的特性让人联想到了返老还童，生生不息。所以，丹砂被认为是圣物，代表“道”的返还。
最后，炼丹家还有一条理由，那就是丹砂与黄金的密切关系。早在战国时期，人们就观察到了丹砂与黄金共生的现象。《管子》中载，“上有丹砂，下有黄金”。根据现代地质矿物学经验，这符合丹砂与黄金共生的砂矿床情形，但是这种共生现象却使得古人以为黄金是由丹砂变成的，故《仙经》说，“丹精生金”。
总之，上述四条理由使丹砂成为“炼丹术”的主要角色，古人认为丹砂能“保命安神”，然而，丹砂以及它的副产品毕竟是汞的化合物，服用过多必然会损伤人体，乃至中毒、死亡。这也是服食金丹的贵族往往会过早死亡的原因。
汉武帝时期，汉朝的国力已经达到了鼎盛，一代雄主汉武帝不禁也和秦始皇一样，做起了长生不老的大梦。《史记》中花了很大篇幅记述汉武帝宠信方士，寻求长生不死药的种种行径，其中便有李少君使用丹砂诸药炼制饮食器的记载。《史记》中记载，李少君对汉武帝说：“祠灶则致物，致物而丹砂可化为黄金。黄金成，以为饮食器则寿。”也就是说，李少君以丹砂为主要材料，欲炼制出一种类似黄金的饮食器具，用此器饮食则可以逐渐将器物中的不朽因素吸入体内，进而长寿变仙。
受皇帝影响，皇室诸侯也大兴炼丹，其中尤以淮南王刘安最为著名。刘安这个人笃好儒道之学，既有财势，又醉心仙逸之事。他供养方士数千人，为炼丹之术写出了20余万字的著作，还身体力行，深深卷入炼丹仙术的活动之中。据《黄帝九鼎神丹经诀》等资料记载，刘安曾得到八位炼丹名家，即所谓“八公”的指点。他们听说淮南王好客，喜神仙方术，便来投靠，自称能煎泥成金，凝汞为银，劝他修学仙道，制作神丹，就可以长生不死了。
魏晋时期，服药之风盛行，当时盛行的丹药名为“五石散”［“五石散”又称“寒食散”，“五石”为紫石英、白石英、赤石脂、石钟乳、礜（读yù）石。其中礜石中含有砷的化合物，大量服用会引起中毒］。五石散是用五种矿石炼制而成的药物，它的药性燥热，服后使人全身发热，并产生一种迷惑人心的短期效应。魏晋士人最早服用五石散的是曾经担任过尚书的“正始名士”何宴。据说何宴体弱多病，而服用五石散后体力逐渐转强，何宴自以为此药有奇效，后来名士们都争相效仿，嵇康、王羲之、王弼、裴秀、王述等名流，都特别喜欢服用五石散。
传说刘安炼出了仙丹后，飞身成仙，撒落的仙丹被鸡和狗吃了，这些鸡狗也飘然升空。成语“一人得道，鸡犬升天”就是从此处而来
由于五石散药性燥烈，必须以温酒送服，以冷食压后，且服用过后需要走路散发药力，这也就造成了魏晋士人宽袍广袖、狂傲自负的名士作风。鲁迅曾做过一次名为《魏晋风度及文章与药及酒之关系》的演讲，其中描述了服药名士们的痛苦：(www.xing528.com)
何晏有钱，他吃起来了；大家也跟着吃。那时五石散的流毒就同清末的鸦片的流毒差不多，看吃药与否以分阔气与否的。
穷人不能吃，假使吃了之后，一不小心，就会毒死。先吃下去的时候，倒不怎样的，后来药的效验既显，名曰“散发”。倘若没有“散发”，就有弊而无利。因此吃了之后不能休息，非走路不可。
走了之后，全身发烧，发烧之后又发冷。普通发冷宜多穿衣，吃热的东西。但吃药后的发冷刚刚要相反：衣少，冷食，以冷水浇身。倘穿衣多而食热物，那就非死不可。因此五石散也名寒食散。为预防皮肤被衣服擦伤，就非穿宽大的衣服不可。现在有许多人以为晋人轻裘缓带，宽衣，在当时是人们高逸的表现，其实不知他们是吃药的缘故。一班名人都吃药，穿的衣都宽大，于是不吃药的也跟着名人，把衣服宽大起来了！还有，吃药之后，因皮肤易于磨破，穿鞋也不方便，故不穿鞋袜而穿屐。所以我们看晋人的画像或那时的文章，见他衣服宽大，不鞋而屐，以为他一定是很舒服，很飘逸的了，其实他心里都是很苦的。
总之，道教色彩的服散、炼丹与当时的政治、文化纠缠在一起，就形成了魏晋奇特的风气。然而最终人们发现，五石散带来的恶果远大于其好处，许多长期服食者因中毒而丧命，后来唐代孙思邈呼吁世人遇到这种药方，就必须马上将它烧毁，千万不要保留。
到了唐代，李氏皇帝尊老子为始祖，以道教为国教，炼丹术在强势的支撑下达到了鼎盛，各种炼丹理论层出不穷。如果说魏晋时期五石散的流毒是炼丹术显现出的一个恶果，那么唐代的帝王们更为他们推崇的炼丹术付出了沉重的代价。
唐朝皇帝几乎个个都热衷于服丹、炼丹。政权略微安定，唐太宗李世民就招来一批炼丹道士为他合炼长生大药，其中还有天竺方士。唐太宗还命令兵部尚书来监督炼制仙丹，并命人全天下搜集奇药异石，用以炼丹。由于长期服食丹药，唐太宗仅活了52岁。唐高宗迷恋仙丹的程度比他的父亲有过之而无不及，继位后，他就下令广征方术道士，一次就召来了炼丹道士100多人，两三年内，耗资千万。唐高宗最终因为大量服丹急性中毒暴亡。继唐高宗后，宪宗、穆宗、敬宗、武宗、宣宗均因贪服丹药而丧命。
陕西出土的唐代大粒光明砂银盒，“大粒光明砂”就是被炼丹者视为至尊之物的“丹砂”
陕西出土的唐代银制石榴罐，口部筒形有圆孔，专家推测这是炼丹时使用的简易蒸馏器
陕西出土的唐代提梁银锅，古代人认为金银器可以提高丹药的稳定性
不仅皇帝如此，当时的王公贵戚、公主嫔妃、文武百官也多热衷于炼丹合药，羽化登仙。昭义军节度使李抱真长年养着炼丹道士，晚年又得炼丹大师孙季长为他合炼九鼎神丹。《旧唐书》记载，李抱真多次向僚属夸耀说，这种仙丹即使是秦始皇、汉武帝也没能得到，只有他有幸遇见。丹成后，他迫不及待地在一个月之内累服丹药2万丸，中毒死去。太学士李千服丹身亡，韩愈在为李千撰写的墓志铭中说，他亲眼所见服丹而死的大臣还有“工部尚书归登、殷中御史李虚中、刑部尚书李逊、刑部侍郎李健、工部尚书孟简、东川节度御史大夫卢坦、金吾将军李道古”7人。
朝野上下的大批文人才子也都加入了炼丹大军。李白曾作诗：“我来逢真人，长跪问宝诀。粲然启玉齿，授以炼药说。铭骨传其语，竦身已电灭。仰望不可及，苍然五情热。吾将营丹砂，永与世人别。”讲的是李白来到太白山，有幸遇到了一位真人，他长时间地跪在真人的面前，恳切地请求授予修仙的宝诀。不笑不语的真人大笑，露出了满口的白牙，授予他如何炼丹药的宝贵口诀。李白刻骨铭心地牢记下真人的秘诀以后，真人就如同闪电一样快速地消失了。一种可望而不可即的心绪油然在李白脑海中荡漾不平，那真是如打翻了调味品柜，酸甜苦辣味味齐全。从现在开始，李白要依照他的宝诀炼仙丹妙药，远离世界，远离人群。
唐末五代，出现了两位内丹大家——钟离权与吕洞宾，后世常合称他们为“钟吕”
杜甫虽仕途不得志，生活比较贫寒，但也有炼丹的愿望，却因资费不菲，终成遗憾。他晚年叹道“苦乏大药资，山林迹如扫”，意思是他感到最困难的是缺乏炼金丹的药物，在这深山老林之中，好像用扫帚扫过了一样，连药物的痕迹都没有。白居易晚年作《思旧》一诗，追忆了韩愈、元稹、杜元颖、崔玄亮几位文友炼丹、服丹的命运，他们都是还没到中年就或重病缠身，或暴病而亡。
盛唐及前后三百年，炼丹盛行，服丹大检验，结果死伤无数，败者万千，充分暴露了炼丹术的荒诞性与危害性。大量恶果面前，人们纷纷谴责炼丹术之毒害，巧舌如簧的道士再也无法挽回众叛亲离的败势了。
明朝陈洪绶绘《烧丹图》，反映了世宗烧炼丹药导致社会上炼丹求仙风气盛行
到了宋朝，皇帝、文武百官都已不敢妄动炼丹、服丹之念。明朝时期，炼丹术有一段“回光返照”，结果明成祖服灵济宫仙方而损体，仁宗吃三洞天灵丹而身亡，宪宗、孝宗、武宗以及世宗皆重蹈覆辙而丧命。于是，炼丹之术更加被众人唾弃，清代中期炼丹已基本消失。
服食仙丹后的惨痛教训使得炼丹术逐渐由“外丹”转变为“内丹”。修炼内丹实质上是一种气功，属于人体科学的范畴，但依然沿用了炼丹术中的术语，据说是为了使它的传承更具有神秘色彩。
炼丹术隐语的使用在道教的经典中十分普遍，有意思的是，中国四大古典名著之一的《西游记》中也可窥见其中的影子。《西游记》的回目中有用金公代指孙悟空，用木母代指猪八戒的情况。例如第八十六回《木母助威征怪物 金公施法灭妖邪》，其中“金公”“木母”正是炼丹术中使用的隐语，金公是铅，木母是汞，而铅和汞正是炼丹术中最具有代表性的阴阳二药。唐代《丹论诀旨心鉴》中指出，铅为阳，为虎；水银为阴，为龙。此二物乃是天地阴阳之象，故圣人采之为大药。除此之外，《西游记》中还存在大量的炼丹术之术语，如婴儿、姹女、刀圭等，可见炼丹术在中国文化中的渗透之深。
大圣变身进了太上老君的兜率宫，偷吃仙丹。图片出自清代彩绘全本《西游记》
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