Composti promettenti possono essere identificati mediante screening di massa per valutare l'attività biologica di centinaia o migliaia di molecole. In altri casi, la conoscenza della fisiopatologia molecolare specifica di varie malattie permette la progettazione razionale di farmaci mediante "modeling" al computer o la modifica di agenti farmaceutici esistenti.
Per valutare gli effetti desiderati e la tossicità, le sostanze potenzialmente utili si testano negli animali durante lo sviluppo precoce del farmaco. Le sostanze che sembrano efficaci e sicure sono candidate per gli studi sull'uomo. Un protocollo che descrive lo studio clinico deve essere approvato dall'appropriato comitato istituzionale di revisione/comitato di etica (Institutional review board, IRB) e dall'FDA (Food and Drug Administration), che poi rilascia un permesso per lo studio del nuovo farmaco sperimentale. A questo punto, inizia il periodo di validità del brevetto per il farmaco, che solitamente fornisce al detentore dello stesso i diritti esclusivi per i successivi 20 anni; tuttavia, il farmaco non può essere venduto finché non viene approvato dall'FDA (Food and Drug Administration).
La fase 1 valuta la sicurezza e la tossicità nell'uomo. Si somministrano diverse quantità del farmaco a un piccolo numero (solitamente da 20 a 80) di volontari sani, giovani e per determinare il dosaggio al quale inizia a comparire la tossicità.
La fase 2 determina se il farmaco è attivo contro la malattia bersaglio. Il farmaco viene somministrato per il trattamento o la prevenzione di una determinata malattia. Un altro obiettivo è definire l'intervallo dose-risposta ottimale.
La fase 3 valuta l'azione del farmaco stesso in un campione di popolazione più grande e più eterogeneo (spesso da centinaia a migliaia di persone), nel tentativo di riprodurre l'uso clinico per cui il farmaco è stato proposto. In questa fase inoltre si confronta il farmaco con i trattamenti esistenti, con un placebo o con entrambi. Gli studi possono coinvolgere molti medici e numerose sedi di ricerca. Lo scopo è verificare l'efficacia ed evidenziare gli effetti, desiderati e avversi, che possono non essere stati evidenziati durante le fasi 1 e 2.
Quando sono stati raccolti dati sufficienti a giustificare e richiedere l'approvazione del farmaco, viene presentato all'FDA (Food and Drug Administration) un dossier sul nuovo farmaco per ottenere il permesso di commercializzazione. Il processo, dallo sviluppo iniziale all'approvazione di un farmaco, richiede fino a 10 anni.
La fase 4 (sorveglianza postmarketing, farmacovigilanza) si verifica dopo che il farmaco è approvato e commercializzato e può includere studi di ricerca formali insieme con la segnalazione continua di effetti avversi. La fase 4 in genere comporta grandi popolazioni e periodi di tempo più lunghi rispetto alle fasi da 1 a 3, consente di rilevare gli effetti negativi non comuni o che si sviluppano lentamente che difficilmente vengono riconosciuti in studi più brevi e minori. Inoltre, l'uso reale dei farmaci non è limitato ai pazienti che soddisfano i rigorosi criteri di ammissibilità utilizzati negli studi clinici; i farmaci tendono a essere utilizzati nei pazienti a più alto rischio di effetti avversi. Spesso sono studiate sottopopolazioni particolari (p. es., donne in gravidanza, bambini o anziani). Alcuni farmaci approvati dall'FDA (Food and Drug Administration) dopo la fase 3 sono stati ritirati dal mercato dopo che sono stati riconosciuti effetti avversi gravi verificatisi durante la fase 4.
