什麼樣的相關知識於研究化學藥物所需?
大量生物系統作用
藥品開發是醫學中重要的一部份，但也有較強烈的經濟及政治的影響。許多政府機構會管理藥物的生產、銷售及處方，目的是為了保護消費者及避免藥物濫用。美國藥物的主管機關是美國食品藥品監督管理局，依美國藥典中設置的標準為準。歐盟藥物的主管機關是歐洲藥品管理局，以歐洲藥典為其標準。候選藥品化學物的代謝穩定性以及其活性，都需要經過藥品代謝及毒理學研究的分析。許多方法可以進行藥品代謝的量化預測，例如SPORCalc就是一個最近提出的計算方法。若藥品的化學結構略有改變，可能對其藥用性能略有影響，但也可能是大幅的影響，差別和改變的程度有關，但也和藥品受體端的結構組成有關，這個概念稱為結構與活性關係。因此當識別出一種有用的活性物質，化學家會設法製造出許多結構類似的化合物，稱為類似物，目的是要使化合物的藥用性能最大化。不論在任何地方，此開發流程都會花上數年、十年甚至更長的時間，而且耗費成本相當大。
研究化學藥物需要有大量生物系統作用相關的知識。包括細胞生物學和生物化學知識量的增長，藥理學的範圍實際上也在改變。現在已可以通過對受體進行分子分析來設計可以直接總用於細胞表面受體的化學物質來影響細胞信號和代謝途徑。從藥理學觀點來看，有許多化學屬性適用於藥理學。藥物代謝動力學從化學的角度描述藥物在體內的作用。如，半衰期和分布容積，藥品效應動力學，描述藥品在體內的化學效果，如產生療效或毒性。藥物有窄或寬的治療指數或治療窗口。這描述了預期效果和毒性作用的比率。低治療指數表示同劑量下藥物的預期效果和毒性作用相當。高治療指數表示藥品達到預期效果所需劑量明顯小於毒性劑量。治療指數較低的藥品更難控制劑量和監管，並且通常需要藥品治療監測。大部分的抗腫瘤藥的治療指數很低，產生毒性的劑量通常接近足以殺死腫瘤的劑量。
分子生物學是對生物在分子層次上的研究。這是一門生物學和化學之間跨學科的研究，其研究領域涵蓋了遺傳學、生物化學和生物物理學等學科。分子生物學主要致力於對細胞中不同系統之間相互作用的理解，包括去氧核醣核酸、核糖核酸和蛋白質生物合成之間的關係以及了解它們之間的相互作用是如何被調控的。分子生物學的研究者們不僅應用分子生物學特有的技術，而且越來越多地從遺傳學、生物化學和生物物理學的技術和思路中獲得啟迪，綜合利用。因此，這些學科間越來越多地相互融合，不再有明確的分界線。「生物化學」主要研究化學物質在生物體關鍵的生命進程中的作用。生物化學很大程度上專注於生物分子的角色，功能，和結構。生物過程背後的化學性質研究和生物活性分子的合成是生物化學的例子。「遺傳學」主要研究生物體間遺傳差異的影響。這些影響常常可以通過研究正常遺傳組分的缺失來推斷，如研究缺少了一個或多個正常功能性遺傳組分的突變體與正常表現型之間的關係。遺傳相互作用經常會使像基因剔除這類研究的結果難以解釋。
在藥代動力學中，藥物在體內的代謝過程按一級動力學過程進行，故而藥物在體內也存在相對穩定的半衰期，稱作藥物消除半衰期或血漿半衰期，其具體定義是藥物在生物體內濃度下降一半所需要的時間。與核衰變以及化學反應的半衰期不同，藥物在體內代謝的半衰期受到較多因素的影響，不僅不同藥物在同一個體的消除半衰期不同，而且同一種藥物對於不同個體的消除半衰期也各不相同。甚至同一藥物對於同一個體，消除半衰期也會隨身體狀況和用藥情況而發生波動，影響半衰期長短的主要因素是人體內負責代謝藥物的肝藥酵素系統活性。準確掌握個體對特定藥物的消除半衰期，可以有針對性地設計給藥方案，實現個體化給藥。除了消除半衰期，還有以藥物生理活性為判據的生物半衰期即藥物的生物效應下降一半所消耗的時間。這一數據受到更多因素的影響，當藥物活性與血藥濃度線性相關時，生物半衰期與消除半衰期直接相關，當活性濃度關係較為複雜時，生物半衰期常會顯示出異常行為。除了藥物代謝過程，控釋製劑的釋放以及一些藥物的吸收過程也遵循一級反應動力學，因此這些過程的半衰期也是非常重要的藥代動力學數據。