Worsdell（1908）根据芍药属Paeonia L.的雄蕊离心发育，将其从毛茛科Ranunculaceae中分出，提升为芍药科Paeoniaceae。随后的深入研究发现了一系列分类学证据支持上述处理，其中芍药属含有独特化学成分是有力证据之一，截止到2008年在芍药属中共分离得到近40个化合物，其中没有木兰亚纲普遍存在的苄基异喹啉类生物碱及毛茛科常见的毛茛苷和氰苷，而以含有芍药苷（paeoniflorin，一种单萜苷）类和丹皮酚（paeonol，一种简单取代酚）类两类化合物为其化学特征。

芍药苷的结构为在单萜母核上连接一个苯甲酰取代基和一个葡萄糖苷化基团，类似物为在此基础上连接有其他取代基，这一结构非常特殊，在自然界仅仅存在于芍药属中，因此成为芍药属从毛茛科中分出的重要化学证据；丹皮酚的结构为对甲氧基-邻羟基苯甲醚。是通过莽草酸途径代谢产生的，是次生代谢步骤较少且结构简单的化合物，其类似物是在邻位羟基上进一步苷化的一系列化合物。在植物中除芍药属外，还在萝藦科鹅绒藤属Cynanchum L. （郭丽冰等，1996）、报春花科报春花属Primula L.（Goris & Frigot，1970）和天南星科天南星属Arisaema Mart.（Ducki et al，1995）等类群中出现，但是在毛茛目中仅见于芍药属，也是芍药属的重要化学特征（于津，肖培根，1987）。

截止到2009年至少有262个化合物被报道存在与芍药属植物中，这些化合物可被分成7个类别：单萜苷类；黄酮类；鞣质类；芪类；三萜和甾体类；丹皮酚类和酚酸类等。

黄酮类：主要分离自芍药属植物的花部位。

鞣质类：果实部位（部分来自根皮）

芪类：主要分离自芍药属植物的种子中；

三萜和甾体类：分离自芍药属植物的不同部位（比如：根、根皮、根茎、叶、花和愈伤组织等）；

酚酸类：大部分发现于芍药属植物的根、根皮中。