Классик русской медицины, выдающийся терапевт, основоположник функционального направления в отечественной клинической медицине, талантливый педагог, организатор и общественный деятель, создатель крупной школы терапевтов. Основными задачами практической медицины Боткин считал профилактику, лечение уже развившегося заболевания и облегчение страданий больного в тех случаях, если излечение доступными средствами невозможно. По мнению Сергея Петровича Боткина, единственным путём осуществления этих задач является изучение здорового и больного организма. Медицина для С. П. Боткина была «наукой предупреждать болезни и лечить больного». Прежде всего, он обращал внимание на необходимость соблюдения целесообразного режима и диеты, назначая лекарства, учитывал особенности больного.

В 1881 году он был избран Гласным Городской думы и заместителем председателя Комиссии общественного здравия. По его предложению была организована бесплатная медицинская помощь для «бедных классов». По предложению С. П. Боткина в Петербурге был введён школьно-санитарный надзор.

В 1886 году С. П. Боткин был избран попечителем всех городских больниц Петербурга и председателем комиссии при медицинском Совете по вопросу улучшения санитарных условий и уменьшения смертности в России. На этих ответственных постах он принимал участие в организации здравоохранения России.

Именем С. П. Боткина названа Городская клиническая больница, расположенная во 2-ом Боткинском проезде в Москве.