Prace w dziedzinie botaniki Bauhin opracował system klasyfikacji, który uwzględniał naturalne związki między gatunkami roślin. Z tego powodu na poziomie wyższym od gatunku system ten nie jest udany – jako rodzaje Bauhin wyróżnia m.in. drzewa, krzewy i zioła. W 1596 wydał, jako przygotowanie do opracowywanej szerszej pracy, Phytopinax, czyli wykaz wszystkich znanych roślin. Znajduje się tam pierwszy opis ziemniaka, jako rośliny uprawianej we Włoszech. Opublikowane w 1623 dzieło Pinax theatri botanici uważane jest za ważną pracę w dziedzinie botaniki z dwóch powodów. Po pierwsze, zawiera opisy ponad 6000 roślin, a więc niemal wszystkich, jakie były znane Europejczykom w czasach Bauhina. Po drugie, wprowadza ono ideę binominalnego (czyli zawierającego dwie nazwy: rodzajową i gatunkową) systemu klasyfikacji. Podejście to, dopracowane później przez Cesalpina, inspirowało późniejszych przyrodników, takich jak John Ray i Karol Linneusz. Bauhin był też pionierem w dziedzinie tworzenia herbariów, czyli zbiorów zasuszonych roślin – stworzony przez niego zielnik zawierający 4000 okazów zachował się do dzisiaj.