宗教政策
神道
天武天皇は日本古来の神の祭りを重視し、地方的な祭祀の一部を国家の祭祀に引き上げた。神道の振興は、外来文化の浸透に対抗する日本の民族意識を高揚させるためであったと説かれる[79]。だがその努力は各地の伝統的な祭祀をそのまま保存することではなく、天照大神を祖とする天皇家との関係に各地の神を位置づけ、体系化して取り込むことにあり、究極的には天皇権力の強化に向けられていた。それぞれの地元で祀られていた各地の神社・祭祀は保護と引き換えに国家の管理に服し、古代の国家神道が形成された。
その際、天武天皇は伊勢神宮を特別に重視し、この神社が日本の最高の神社とされる道筋をつけた[80]。壬申の乱のとき、挙兵して伊勢に入った大海人皇子は、迹太川のほとりで天照大神を望拝した。具体的には伊勢神宮の方角を拝んだことを意味すると考えられている。
即位後の天皇は、娘の大来皇女を伊勢神宮に送り、斎王として仕えさせた[81]。4年2月13日には娘の十市皇女と天智天皇の娘阿閉皇女（元明天皇）が伊勢神宮に参詣した。伊勢神宮の式年遷宮開始年については天武天皇14年（685年）と持統天皇2年（688年）の二通りの本があるが、いずれにせよ天武天皇の発意であろう[82]。また、伊勢神宮を五十鈴川沿いの現在地に建てたのは天武天皇で、それ以前は宮川上流の滝原宮にあったと推定されている[83]。
そもそも天照大神という神を造り出したのが天武天皇であるという説もある。無から創作したというのではなく、伊勢地方で祀られていた太陽神を、天皇家が祀っていた神と合体させて天照大神としたという説である[84]。これについてはタカミムスヒが旧来の皇祖神で、天武天皇がアマテラスに取り替えたという説もある[85]。斎王は、雄略天皇から推古天皇のときまであったと『日本書紀』『古事記』に記されているが、これについても実は大来皇女が最初なのだとする説がある[86]。
他に、天武天皇3年（674年）8月3日には石上神宮に忍壁皇子を遣わして神宝を磨かせた。天武天皇4年（675年）4月10日には、竜田の風神を祀るために美濃王らを、広瀬の大忌神を祀るために、間人大蓋らを遣わした。後世まで両神を祀るために勅使が遣わされる初めとされる[87]。この年1月23日に諸々の社を祭ったのを、祈年祭の始まりとみる説もある[87]。
仏教
天皇の仏教保護も手厚いものがあった。即位前には出家して吉野に退いた経歴を持つ。即位後、2年（673年）3月に川原寺で一切経書写の事業を起こした。5年（676年）には使者を全国に派遣して『金光明経』と『仁王経』を説かせ、8年（679年）には倭京の24寺と宮中で『金光明経』を説かせた。『金光明経』は、国王が天の子であり、生まれたときから守護され、人民を統治する資格を得ていると記すもので、天照大神の裔による現人神思想と軌を一にするものであった[88]。本人・家族の救済ではなく、護国を目的とした事業である[89]。
天武天皇2年（673年）12月17日に、美濃王と紀訶多麻呂を造高市大寺司に任命し、百済大寺を高市に移して高市大寺とした。9年（680年）11月12日に皇后の病気に際して薬師寺建立を祈願し、自らの病に際しても様々に仏教に頼って快癒を願った。
天武天皇14年（685年）3月27日には、家ごとに仏舎を作って礼拝供養せよという詔を下した。「家」がどの程度の人数の単位なのかは不明で、有力豪族ごとに一つと解する説のほかに、「諸国の家」を国衙と解して国ごとに一つと解したりする説があるが[90]、仏教を広めようとしたのは間違いない。この時期まで畿内を除く地方に寺院は少なかったが、天武・持統朝には全国で氏寺が盛んに造営された。遺跡から出る瓦からは、中央の少数の寺院が地域を分担して建設を指導したことがうかがわれ、政策的な後押しが想定できる[91]。
天武天皇の仏教保護は、反面、僧尼に寺院にこもって天皇や国家のための祈祷に専念することを求め、仏教を国家に従属させようとするものでもあった。国家神道に対応する国家仏教である[92]。天武天皇4年（675年）に諸寺に与えられていた山林・池を取り上げ、8年（679年）には食封を見直して寺院の収入を国家が決定することにした。
中央統制機関としては、推古朝に設けられ十師によって廃止された僧正・僧都を復活して僧綱制を整えた[93]。加えて天武朝では僧尼の威儀・服装まで規制し、すべての寺院と僧侶を国家の統制下に置こうとするころまで国家統制が強まった[94]。
天皇の仏教理解、姿勢については、現世利益を求めた皮相的なものと説かれることがある。天皇が命じて読ませたのは護国の経典で、個人の救済が重視されたようには見えない[94]。天皇個人が仏教に求めたのは、皇后と自身の病気治癒で、仏教の自我否定や利他の思想を実践しようとするものではなかった[95]。
道教
天皇の宗教観には道教の要素が色濃く出ている。「天皇は神にしませば」と詠まれるときの神は、神仙思想の神、つまり仙人の上位にいる存在であったとの説がある[96]。八色の姓の最上位は真人であり、天皇自身の和風諡号は天渟中原瀛真人という。瀛州は東海に浮かぶ神山の一つ、真人は仙人の上位階級で、天皇も道教の最高神である[4]。天皇が得意だった天文遁甲は、道教的な技能である[97]。葬られた八角墳は、東西南北に北東・北西・南東・南西を加えた八紘を指すもので、これも道教的な方角観である。
道教への関心は天武天皇だけのものではなく、母の斉明天皇に顕著であり、天武没後も続く。天武天皇の、そして日本の道教は、神道と分かちがたく融合しており、独立には存在していない。影響をどこまで大きく評価するかは見方が分かれる。
人物像
天武天皇は、宗教や超自然的力に関心が強く、神仏への信仰も厚かった[98]。『日本書紀』には天文遁甲をよくするとあり[99]、壬申の乱では自ら式をとって将来を占ったが[100]、これらは道教的な技能である。『古事記』は、天武天皇が夢の中の歌を解き、夜の水に投じて自分が皇位につくことを知ったと記す[101]。
『日本書紀』では、壬申の乱のときに式をとって占い天下二分の兆しと解き[102]、また天神地祇に祈って雷雨を止ませたという[103]。占いも神助も現代の学者のとるところではないから、諸学者はこれらを天皇の権謀とみたり[104]、偶然の関与とみたりするが、このような予言者的能力によって天皇は神と仰がれるカリスマ性を身に帯びた[105]。即位後の政治にも宗教・儀式への関心が伺えるが、占いの活用や神仏への祈願で自らの目的を達しようとする姿勢が強い。
天武天皇の和歌は、蒲生野で額田王と交わした恋の歌、藤原夫人と交わしたからかい交じりの歌、吉野の「よし」を繰り返す歌、そして吉野の道の寂しさを歌う暗い歌が伝わる。漢詩を作ったとする史料はない。学者には伝えられていないだけとする人もいるが[106]、ここに彼の趣味嗜好を見る人もいる[107]。天武天皇の趣味は無端事（なぞなぞ）のように庶民的なものがあり[108]、天武天皇14年（674年）9月18日に大安殿で博戯（ばくち）の大会を開くといった遊侠的なものさえあった[109]。「#文化政策」で挙げた各種芸能者への厚遇も、天皇の好みと無関係ではないだろう。こうした側面に、民衆（より具体的には地方豪族層）の心をとらえるものがあったかもしれない[110]。
文暦2年（1235年）の盗掘後の調査『阿不之山陵記』に、天武天皇の骨について記載がある。首は普通より少し大きく、赤黒い色をしていた。脛の骨の長さは1尺6寸（48センチメートル）、肘の長さ1尺4寸（42センチメートル）あった。ここから身長175センチメートルくらい、当時としては背が高いほうであったと推定される[111]。藤原定家の日記『明月記』によれば、白髪も残っていたという[112]。