本诗可分为五段。第一段写天马的神峻，诗人以此来比喻自己非凡的才能。头一句首写出天马的不凡来历。天马并非产于中土，传说天马出产在西域月支国的山洞中。月支、大宛等国，俱在新疆伊犁河和苏联伊塞克湖一带，故在汉人的眼中，那就是“西极”。这匹天马的背上的毛色就象虎皮的花纹一样，它长着飞龙的翅膀，形象更加神奇。接着，诗人描写天马驰奔的神姿：它嘶声响彻青云，跑起来鬃毛象绿发一样飘荡；它的双目之上兰筋突起，权骨奇异，飞奔起来霎时间就不见了踪影。它从神话中的昆仑山上腾跃而起，跨越了西极的千山万水，四蹄生风，无一闪失。它飞奔的神速简直令人不敢相信。鸡鸣时它还在北方的燕地（北京、河北、辽宁一带）刷洗鬃毛、下午申时（约为三、四点钟）已经奔驰到南方的越地（浙江地区），在那里安详地吃草。它奔走的速度真如电闪流星，一闪即过，使人们来不及看清它的身影，它就消失得无影无踪了。这里诗人以描写天马的神异来喻自己的卓越才能。对于自已的才能，李白一向是非常自负的，甚至于在不了解他的人看来，简直是说大话。而了解他的人，都称他有王霸之才，堪为帝王之佐。
第二段，写天马也曾有过“跃天衢”、“照皇都”的得意时刻。以此来比喻他在天宝初在长安待诏供奉翰林的一段宠遇。在天马得意的时期，它仰头呼啸，扬蹄飞奔，象飞龙似的。它的眼睛象长庚星一样的明亮，它的胸脯，两块肌肉鼓鼓的，象一双鸭子一样丰满，扫尾迅似流星，昂头犹如乌鹰，口喷红光，膊出汗血，是何等的骏健精神。它曾和天子御厩中的龙马一起在长安的大道上并驾齐驱，头上的金羁络头套在月一样丰满的两颊上，金光闪耀，影照皇都。它逸然自得，威风凛凛，声传九州。一时间，它的身价倍增，即使是白璧如山，价值连城也换不去这匹天马。再回头瞧瞧那古代曾名贵一时的骏骥紫燕，相比之下，那紫燕竟笨得象条驴！诗人天宝初年的恩宠和身价，就是透过这样的描绘给反射出来的。
第三段写天马被丢弃冷落的情状。它虽然依恋君王的车驾，不忍离去，但是已得不到君王的爱怜，只好腾跃惊矫，四方奔驰。象浮云一样飘荡万里。回首遥望天门，再也逢遇不到象寒风子那样识马的人，会用它这匹周穆王的千里马“逸景”的后代。天马的这种遭遇与李白逐出长安后的情况，何其相似。
第四段写天马的晚年。它拉着盐车，仰望青天，那天上的白云是多么悠闲自在，它自己却忍辱负重，向着陡峭的山坂攀登，真象是倒行逆施一样困难。抬头看，前面的丘陵连绵，道路遥远而没有尽头。红日西坠，天色渐晚。它想起了古代的伯乐，曾经抚摸着蹄折胫断的骏马，哀伤它少尽其力，老了而被弃。这匹遭难的天马，正象征着李白晚年因永王事件而遭难的悲惨处境。
最后一段，写天马希望能够遇到象田子方这样的仁人，同情它、起用它。田子方是战国时的仁人。一次，田子方在路上遇见了一个人赶着一匹老马，问他要干什么，那人回答说，这是他主人家的一匹马，因老而无用，要牵出去卖掉。田子方说：“少尽其力而老去其身，仁者不为也。”就掏钱将这匹马买下了。李白所需要的正是这种同情和理解。若不被理解和同情，其实就是有昆仑山上的琼草玉禾，也不能疗救自己的痛苦，这匹天马的遭遇，就象是五月的桂枝遭到了意外的严霜摧打，它有着无限的冤屈私不平。它希望有象田子方这样的识才仁人，能够把自己献给穆天子。虽然老了，已不能驾车奔驰，但是，在王母娘娘的瑶池盛会上，当一名舞马总还是可以的。严霜五月”说的是战国时邹衍的故事。邹衍奉事燕惠王，竭尽忠诚，反被小人谗毁，被关进监狱，他仰天大哭，感动了苍天，夏天五月竟下了一场严霜。在这里，李白用以说明自己被系狱流放是冤枉的，他象这匹天马一样。伏枥衔冤摧两眉”。唐玄宗时，宫中常有马戏，舞马立于台上，按着音乐节奏进退起卧，抬起前腿为君王祝寿。这里是说，如今我老了，尽管不堪大用，但是做一名宫廷文学侍臣，为国家朝廷献出些绵薄之力还是可以的。
李白一生可以说是与王侯权贵、世俗礼教相斗争、相对立的。但是，他也有妥协的一面。马克思评价歌德时说，他是一个一伟大的诗人，同时身上也有德国庸人的气味。同理，对李白的评价也适用。读者不能因他有过对统治者抱有幻想以及对功名有所追求留连而否定他对统治者反抗精神的一面。相反，通过李白在高压的痛苦下，使得他的灵魂发生扭曲的悲剧中，读者可以看到封建社会的黑暗势力对一个天才的心灵和肉体的摧残，从而更加理解诗人痛苦的心灵，更加痛恨这个不合理的社会。此诗既是咏天马，也是喻李白自己，二者浑然一体，声情并茂，表现了李白的二重性格，是一首成功的咏物诗。
此诗一开始就气度不凡。首联以北斗星高挂宫城边，巍峨的终南山都倚立在蓬莱三殿之前来映衬皇宫的宏伟高峻。这是借北斗、南山来歌颂长安城的壮观。“北斗挂城”还有一层隐意。据《三辅黄图》卷一记载，汉高祖修长安城，“城南为南斗形，城北为北斗形”。隋唐长安城虽然对秦汉都城的设计作了较大的突破和创新，但是使宫城、皇城和郭城三重相依，由北向南同用一道北城垣这一点并没有变。这样就突出了皇帝所居之处，宫城象征北极星周围的紫薇垣，皇城则象征着地平线上以北极星为圆心的天象，而郭城则象征着周天之内。这种以群星环拱北极星的设计思想，是皇权和专制思想在建筑学上的形象反映。所以，作者说“北斗挂城边”不仅是一个夸张性的描写，而且也是对长安城形制的一个象征性说明。
中间两联接着说，皇宫高耸，穿破云层，整个终南山中都缭绕着祥云瑞烟。颔联正面写终南山的宫观殿宇高入云表的壮观。颈联以终南山瑞云缭绕，和朝廷的兴旺之气相标，进一步以终南山景物来加以歌颂。
尾联直接颂扬皇帝寿比南山，治国有如尧舜。有了前面的描写，最后的称颂赞美就水到渠成。这一联连用两个典故，但从文意上看都很贴切，没有生硬拉扯的感觉。
诗人以北斗、南山、金阙、玉堂写宫殿的高峻雄伟、金玉满堂，以终南山的瑞气、祥云，如在仙境，形容皇宫有如天上宫阙，最后祝圣上寿比南山，愿永受圣王统治。诗人的这种赞颂，在战乱频仍、祸患不绝、人命危浅的古代社会实际上是一种很善良的愿望。而作者所生活的唐代前期，国力强大，声威远播，经济发展，在一定程度上也体现了封建社会的盛世理想。但是，这种颂歌自古迄今几被所有的文人唱过，已成为陈套陋习，近于套话、门面话，凝定为一个迄今仍被沿用的歌颂模式，并没有什么新奇之处。杜审言写出这样虽富丽堂皇而无真挚个性的作品，实是功力和才情的一种浪费。