薬物効果がどのように発現するか（結合的相互作用または化学的相互作用を介して）にかかわらず，作用部位における薬物濃度が効果を制御する。しかし，濃度に対する反応は複雑なことがあり，非線形のことが多い。用いた投与経路にかかわらず，薬物の投与量および細胞レベルの薬物濃度との関係は，さらに複雑である（薬物動態を参照）。
用量反応データは，一般的には用量または用量関数（例，log10用量）を横軸に，測定した効果（反応）を縦軸にプロットしたグラフで表す。薬物の効果は用量および時間の関数であるため，このようなグラフは時間とは無関係に用量反応関係を示す。測定された効果は，効果がピークに達した時または定常状態条件下（例，持続静注中）における最大値として記録することが多い。薬物の効果は，分子，細胞，組織，器官，器官系，または生体のレベルで定量化することがある。
仮説としての用量反応曲線には次のような変動する特性がある（仮説としての用量反応曲線の図を参照）：
力価（投与量軸に沿った曲線の位置）
最大効果または天井効果（到達しうる最大の反応）
傾き（単位用量当たりの反応の変化）
仮説としての用量反応曲線
生物学的差異（同じ用量を投与した同一集団内の被験者間における反応の大きさの差異）も起こる。同一条件下で調べた薬物の用量反応曲線のグラフは，薬物の薬理学的特性の比較に役立つ（薬剤X，Y，Zに対する用量反応曲線の比較の図を参照）。この情報は，期待する効果を得るために必要な用量を決める上で役立つ。
用量反応曲線の比較
薬物Xは，投与量当たりの生物活性がより大きく，そのため，薬物YもしくはZより効果が強い。薬物XおよびZは，到達しうる最大の反応（天井効果）が示すように，同等の効力がある。薬物Yは薬物Zより力価は高いが，最大効力はより低い。 |
用量反応は，薬物動態および薬力学の原則が関与するが，ある集団における薬物の治療係数の他に必要な用量および頻度を決める。治療係数（有効濃度の中央値に対する最小毒性濃度の割合）は，薬物の効力および安全性を確認するために有用である。治療係数が小さい薬物を増量すると，その薬物の毒性または無効の確率が上がる。しかし，これらの特性は集団によって異なり，妊娠，年齢，臓器機能（例，推算GFR）などの患者関連因子の影響を受ける。
