在医学、生物技术和药理学领域，药物发现是发现药物和（或）设计药物的过程。在过去，大部分的药物不是从传统药物活性成分确定就是偶然发现。而现代的药物发现则是建立在了解了疾病和感染在分子和生理水平被控制的特异性生物靶标基础上，根据构效关系，利用高通量筛选等手段获取有活性的候选药物。药物研究过程涉及候选化合物的鉴定、合成、表征、筛选、检测和治疗效果的分析。一旦化合物显示出其在这些测试中的价值，将开始它开发前的试验过程。但是，尽管生物科学技术水平进步较快，药物发现仍然是一个漫长、昂贵、困难、效率低的过程，并且治疗率也低。目前，新分子实体各研究开发成本约为18亿美元。
（一）高通量筛选和化学基因组学
目前的一些基因组学技术为药物最佳的靶标的确认提供了机遇。在靶标生物大分子的功能被阐明，三维结构被测定后，药物分子的设计就可以开始了。随着计算机科学的发展，出现了功能先进的图形工作站，使许多药物分子设计的新方法得以快速发展。20世纪90年代，药物分子设计已成为一种实用化的工具介入到了药物研究的各个环节，并已成为创新药物研究的核心技术。据统计，由于分子模拟和计算机辅助药物设计的介入，使得药物研发的周期缩短了0．9年。
1．药物设计方法 可分成两类：基于小分子的药物设计（LBDD）和基于受体的生物大分子结构的药物设计（SBDD）。SBDD根据受体生物大分子（蛋白质、核酸等）的三维结构（晶体结构、核磁共振结构、低温电镜结构或计算机模拟结构），用理论计算和分子模拟方法建立小分子-受体复合物的三维结构，预测小分子-受体的相互作用，在此基础上设计与受体结合互补的新分子。
2．高通量筛选（high throughput screening，HTS） 是20世纪后期发展起来的一项新技术，具有快速、微量、高特异性、高灵敏度、高度自动化和充分利用药用资源的特点，常和组合化学联合使用。HTS是化学基因组学技术平台的关键技术，为药物发现提供了新的途径，提高了药物筛选速度。例如利用功能超高通量筛选（uHTS）鉴定出的肾上腺素G蛋白偶联受体（GPCR）靶标的先导化合物的化学空间物理常数，与MDL药物数据库（MDDR）中调节同一靶标的已知化合物的参数进行比较，显示新的先导化合物在化学空间上与以往的调节剂有所不同，同时显示新的靶标作用，它给出了药物发现和靶标确证的唯一可选择的先导化合物结构。HTS所采用的是细胞水平和分子水平的筛选模型，由这些模型所筛选出来的结果，要根据具体情况加以分析，而且需要采用必要的其他试验方法加以验证。
3．化学基因组学 药物发现模式作为一种药物发现的新方法，结合了组合化学、高通量筛选、计算机辅助药物设计、蛋白质组学等技术，其研究程序包括靶点发现、组合化学合成、高通量筛选等。该模式首先是进行功能基因组研究，从细胞和分子层次弄清疾病发生的机制与防治机制，发现并确证药物作用的靶标，然后有目的地寻找药物。化学基因组学作为一种新的药物研发模式，在小分子药物研究中有独特的优势，促进了小分子药物的开发进程。而药物发现作为药物研究的第一步，它的效率提高，使整个医药水平、制药工业的发展上了一个新的台阶。
（二）Lipinski规则
1997年，Lipinski对2 287个通过Ⅰ期临床试验的药物分子的结构特征进行分析，结果表明，如果一个药物具有好的吸收和穿透特性，结构应符合下面的规则：①氢键给体（连接在N和O上的氢原子）数目＜5；②氢键受体（N和O）数目＜10；③相对分子质量＜500；④油水分配系数（logP）＜5；⑤化合物中可旋转键的数量不超过10个。Lipinski规则已被广泛用于数据库的初筛中，也可能是最为简单的药动学特征评估原则，因为它所揭示的分子的结构特征实际上是与分子的通透性和渗透性密切相关的。其使药物设计更加合理，提高了发现药物过程中对药物的ADME（吸收、分布、代谢和消除）和其物理化学性能的重视，并且有助于在药物筛选前期就对其ADME（和后ADME／毒性）进行检测。但是，“五规则”通常针对那些口服的药物，而今天医疗实践中的很多药物是肠外给药，因而过分强调“五规则”致使药物发现效率降低，且会将许多药物尤其是一些天然药物排除在外。因此，发现新药物时采取更有效的方法是明智的。例如：①在将过多的人力和物力投入一种可口服利用的候选药物之前，首先去开发一种肠外给药的候选药物；②在研究一个小分子候选药物之前，首先去发展一种不论在哪里都起作用的治疗性抗体（很可能是通过胃肠给药的）。以上的方法可能对于发现那些作用于蛋白酶或决定蛋白质相互作用的复杂靶标的新型药物尤为重要。
（三）天然产物药物发现战略
天然药物的发现在药物中占据很重要的地位，尤其在治疗严重的或威胁生命的疾病，如癌症和传染性疾病时显得更加重要。例如，所有在1981年到2006年间全球范围内批准的所有小分子药物中有34%是天然产物或是它们的直接半合成衍生物；在批准的155种小分子抗癌药物中，有47%是天然产物或是它们的直接半合成衍生物；获得批准的抗菌药物中，超过75%的是天然产物或其半合成衍生物（即98种中有74种）。在2000-2006年，高通量生物合成生产批准的药品，大约有50%也都归于天然产物。天然产物药物发现的高效率，可能归因于它们与蛋白质靶标结合的化学结构已经被选择确定。
哈佛大学化学教授、化学与细胞生物学哈佛研究所和基因组学与蛋白质组学中心共同负责人S．L．Schreiber认为：“天然产物是高度进化的、具有高度专一性的，因此天然产物对于与其共同进化的基因产品可能是高度有效的。然而，人疾病真实的分子靶点不可能通过自然选择而生成天然产物的对应物。天然产物不过是在该靶点以外与人疾病有关的某种蛋白质相结合。”
天然产物仍是为新药研究与开发提供候选化合物的一个重要领域。虽然天然产物在制药工业的某些部门已经失宠，然而某些制药公司仍坚信大自然会不断产生出对人类有治疗价值的药物，继续把天然产物作为其发现治疗和营养药物的源泉。基础科学的发展和现代高技术的应用，提高了天然产物药物发现的效率和竞争力。
创新药物研究关键切入点和前提是发现活性先导物，从天然产物中发现生物活性先导物必须更新观念，用创新思维改革传统天然产物研究模式，采用高效快速分离和高通量活性筛选的组合天然产物化学研究路线。我国丰富的天然资源蕴涵无穷尽的结构多样性，因而是发现特异生物活性先导物，进而创制新药的最佳来源。对已知结构和生物活性的天然化合物进行结构修饰或类似物合成是创新药物研究的另一重要途径。研究代表性常用中药及其复方的药效物质和作用机制对实现中药现代化是至关重要的。
（四）现代药物研究开发过程
对深入筛选获得的先导化合物或优化后被选定的活性最好的化合物进行更深入广泛的研究，包括药理作用、药物代谢过程、一般毒性等多方面的筛选，以确定其开发前景。将符合要求的样品确定为药物候选化合物，进入开发研究程序，即临床前研究，为临床研究准备必要的资料。
药品不同于一般的产品。药品是用于预防、治疗、诊断疾病、改善体质、增强抵抗力的物质，是特殊的以安全、有效、质量可控为特征的商品。药品开发过程具有高投入、高科技、高风险、高度竞争、高回报以及周期长等特点。因此，药品质量好坏直接关系人们的身体健康和生命安全。为保证药品质量，必须制定每种药品的管理依据，即药品的质量标准，并对药品质量进行全面的控制（从研究、生产、储存到使用），以确保用药的安全有效。
新药的研究、开发和评价过程是一系统工程。具体地说，药物研究开发过程包括生物医学领域的药理学、毒理学、病理学、兽医学、遗传学、生物化学、药物代谢与药物动力学等；包括药物科学领域的药物化学、药物制剂学、药物分析、制药工艺学等，以及药物临床研究的临床药理学、临床医学、临床检验学、生物统计学和上市后临床再评价内容。在这些过程中的每一研究结果的科学性与所研究开发的药物的命运息息相关，更重要的是关系到用药者的疗效和安全。在药效学、药理学、药物安全性、药动学和临床实验等方面，要获得科学的结论，必须有科学的评价方法，科学的实验设计和运用正确的统计学方法，才能达到投入少、开发周期短、效率高的目的。
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