在医学史上的大部分时间里，新药都是通过反复试验或纯粹靠运气发现的。随着对新的和更有效的药物需求的增加，一种称为合理药物设计的药物开发新方法开始取代旧方法。在合理的药物设计中，生物活性化合物被专门设计或选择用于特定的药物靶点。这种方法通常涉及使用分子设计软件，研究人员使用该软件创建药物及其生物靶标的三维模型。因此，这个过程也被称为计算机辅助药物设计。。

药物靶点或生物靶点通常是两种类型之一。第一类是人体内的一种分子，当它在某些方面有缺陷时会导致疾病。第二种是来自致病微生物的分子。药物开发涉及发现或设计新的化合物，这些化合物以有益的方式与这些靶点相互作用，例如通过与胆固醇相互作用将其从体内清除，或通过与病毒相互作用导致其死亡。

开发新药的旧方法有几个缺陷，使得药物发现成为一项昂贵的业务。开发新药最简单、最快的方法就是通过纯粹的运气发现某一化合物对某一药物靶点具有生物活性。也许最著名的事件是亚历山大·弗莱明在1928年发现青霉素。这位微生物学家发现了第一种抗生素，当时他正在研究的一些细菌培养物被杀菌真菌污染。当然，这种偶然发现并不经常发生，制药公司也不依赖运气来开发新药。。

开发新药最常用的方法是一个漫长、大规模的过程，称为组合文库筛选。在这个过程中，产生了大量的化合物，然后进行生物活性筛选。如果给定的化合物显示出与生物靶点相互作用的迹象，它将受到进一步的关注，并可能被开发成新药。然而，这一过程可能需要多年时间和巨额资金，即使在开发期结束时，药物也可能不够有效或安全，不适合人类使用。。

合理的药物设计是一个更加简化的过程，需要仔细考虑药物的目标以及药物本身。这种药物设计方法使用特殊设备来检查药物靶点的三维结构，然后找到一种能够与靶点相互作用的化合物。因此，这一过程需要大量的化学和生物学知识，因为药物与其靶点之间的化学相互作用决定了药物是否具有生物活性。。

化合物可通过两种方式进行定位测试。第一个涉及组合文库筛选的使用。然而，在这种情况下，这一过程是简化的，因为研究人员使用合理的药物设计方法将筛选库中具有足够特异性的化合物，以与感兴趣的药物靶点相互作用。第二种方法涉及能够与目标相互作用的化合物的实际设计。这需要考虑化合物的化学组成，了解化合物可能需要哪些化学基团才能与药物靶点相互作用。。

使用合理药物设计过程开发的第一种药物是一种名为Relenza®的抗病毒药物。这种药物被设计用来与一种叫做神经氨酸酶的流感蛋白相互作用。没有这种蛋白质，流感病毒就不能感染新的细胞；因此，药物治疗可以缩短疾病的持续时间。其他合理设计的药物包括利托那韦（ritonavir）和印地那韦（indinavir）等HIV药物，这两种药物都与称为蛋白酶的病毒蛋白相互作用。