Bộ phận dùng làm thuốc của liên hương thảo là cả cây, nhất là rễ, chứa tinh dầu thơm (mùi này chỉ xuất hiện khi cây chuyển từ tươi sang khô) và những ester đặc biệt có tác dụng gọi là valepotriat. Hoạt chất này có hàm lượng cao nhất trong liên hương thảo so với nhiều loài khác cùng chi trên thế giới.

Theo kinh nghiệm dân gian, rễ liên hương thảo, thu hái quanh năm, phơi hoặc sấy khô, được dùng chữa đau dạ dày do co thắt, sốt cao co giật, nhức đầu, đau khớp, thủy thũng, kinh nguyệt không đều, đòn ngã tổn thương, mụn nhọt và làm thuốc an thần chống lo âu, phiền muộn, bồn chồn, hay hoảng hốt. Khi dùng, lấy 10g dược liệu thái nhỏ, sắc với 200ml nước còn 50ml, uống làm một lần trong ngày. Hoặc tán dược liệu, rây thành bột mịn, uống mỗi ngày 1-4g với nước ấm. Có thể ngâm dược liệu với cồn 60o với tỷ lệ 1/5 trong nhiều ngày, rồi uống mỗi ngày 2-10g hoặc nấu thành cao mềm, mỗi ngày dùng 1-4g.

Để chữa mất ngủ, tim hồi hộp, lấy liên hương thảo 9g phối hợp với lá tai chuột 9g, hà thủ ô 30g, lá thông 30g, thái nhỏ, sắc với 400ml nước còn 100ml, uống làm 2 lần trong ngày.

Dùng ngoài, rễ liên hương thảo tươi giã nát, chữa vết thương phần mềm và mụn nhọt.