ตลอดประวัติศาสตร์การแพทย์ส่วนใหญ่มีการค้นพบยาใหม่ ๆ ผ่านกระบวนการของการทดลองและข้อผิดพลาดหรือผ่านโชคที่แท้จริง เมื่อความต้องการยาเสพติดชนิดใหม่และมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นวิธีการใหม่ของการพัฒนายาที่เรียกว่าการออกแบบยาที่ใช้เหตุผลได้เริ่มเปลี่ยนวิธีการแบบเดิม ในการออกแบบยาอย่างสมเหตุสมผลสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะหรือถูกเลือกให้ทำงานกับเป้าหมายยาเฉพาะ การออกแบบยาที่มีเหตุผลมักเกี่ยวข้องกับการใช้ซอฟต์แวร์การออกแบบระดับโมเลกุลซึ่งนักวิจัยใช้เพื่อสร้างแบบจำลองสามมิติของยาและเป้าหมายทางชีวภาพ ด้วยเหตุนี้กระบวนการจึงเป็นที่รู้จักกันในนามการออกแบบยาเสพติดโดยใช้คอมพิวเตอร์
เป้าหมายยาหรือเป้าหมายทางชีวภาพมักเป็นหนึ่งในสองประเภท ชนิดแรกคือโมเลกุลในร่างกายมนุษย์ที่ทำให้เกิดโรคเมื่อมีข้อบกพร่องในบางวิธี ประการที่สองคือโมเลกุลจากจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค การพัฒนายาเกี่ยวข้องกับการค้นพบหรือออกแบบสารประกอบเคมีใหม่ที่โต้ตอบกับเป้าหมายเหล่านี้ในลักษณะที่เป็นประโยชน์เช่นโดยการโต้ตอบกับคอเลสเตอรอลเพื่อลบออกจากร่างกายหรือโดยการโต้ตอบกับไวรัสเพื่อทำให้เกิดการตาย
วิธีการเก่าของการพัฒนายาใหม่มีข้อบกพร่องหลายอย่างที่ทำให้การค้นพบยาเสพติดเป็นธุรกิจที่มีราคาแพง วิธีที่ง่ายและรวดเร็วที่สุดในการพัฒนายาใหม่คือการค้นพบผ่านโชคที่แท้จริงว่าสารประกอบบางอย่างนั้นมีฤทธิ์ทางชีวภาพกับเป้าหมายยาที่น่าสนใจ บางทีเหตุการณ์ที่โด่งดังที่สุดคือการค้นพบยาเพนิซิลลินโดยอเล็กซานเดอร์เฟลมมิงในปี 2471 นักจุลชีววิทยาค้นพบยาปฏิชีวนะตัวแรกเมื่อวัฒนธรรมแบคทีเรียที่เขาทำงานด้วยถูกปนเปื้อนด้วยราแบคทีเรีย แน่นอนการค้นพบโอกาสประเภทนี้ไม่ได้เกิดขึ้นบ่อยครั้งและโชคดีไม่ใช่สิ่งที่ บริษัท ยาต้องพึ่งพาเพื่อพัฒนายาใหม่
วิธีที่ใช้กันมากที่สุดที่ใช้ในการพัฒนายาใหม่คือกระบวนการที่มีขนาดใหญ่และยาวซึ่งเรียกว่าการคัดกรองห้องสมุดแบบ combinatorial ในกระบวนการนี้จะมีการสร้างสารประกอบทางเคมีจำนวนมากและผ่านการคัดเลือกสำหรับกิจกรรมทางชีวภาพ หากสารประกอบที่กำหนดแสดงสัญญาณของการมีปฏิสัมพันธ์กับเป้าหมายทางชีวภาพมันจะได้รับความสนใจเพิ่มเติมและอาจพัฒนาเป็นยาใหม่ กระบวนการนี้อาจใช้เวลาหลายปีและมีเงินจำนวนมหาศาลถึงแม้ว่าเมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการพัฒนายาอาจไม่ได้ผลเพียงพอหรือปลอดภัยเพียงพอสำหรับการใช้งานของมนุษย์
การออกแบบยาที่มีเหตุผลเป็นกระบวนการที่มีความคล่องตัวมากขึ้นซึ่งต้องพิจารณาอย่างรอบคอบถึงเป้าหมายของยาเช่นเดียวกับตัวยาเอง วิธีการออกแบบยานี้ใช้อุปกรณ์พิเศษเพื่อตรวจสอบโครงสร้างสามมิติของเป้าหมายยาแล้วค้นหาสารประกอบที่สามารถโต้ตอบกับเป้าหมายได้ การออกแบบยาที่มีเหตุผลจึงต้องมีความรู้อย่างมีนัยสำคัญทางเคมีเช่นเดียวกับชีววิทยาเพราะปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างยาและเป้าหมายของพวกเขาคือสิ่งที่กำหนดว่ายานั้นมีฤทธิ์ทางชีวภาพหรือไม่
สารประกอบตั้งอยู่สำหรับการทดสอบในสองวิธี ประการแรกเกี่ยวข้องกับการใช้งานการคัดกรองห้องสมุด combinatorial อย่างไรก็ตามในกรณีนี้กระบวนการนี้มีความคล่องตัวเนื่องจากนักวิจัยที่ใช้วิธีการออกแบบยาที่มีเหตุผลจะกลั่นกรองห้องสมุดสำหรับสารประกอบที่มีรูปร่างที่เฉพาะเจาะจงมากพอที่จะโต้ตอบกับเป้าหมายยาที่น่าสนใจ วิธีที่สองเกี่ยวข้องกับการออกแบบจริงของสารประกอบที่สามารถโต้ตอบกับเป้าหมายได้ เรื่องนี้ต้องพิจารณาถึงองค์ประกอบทางเคมีของสารประกอบและความรู้เกี่ยวกับสารเคมีที่กลุ่มอาจต้องการเพื่อให้สามารถโต้ตอบกับเป้าหมายยาได้
ยาตัวแรกที่พัฒนาโดยใช้กระบวนการออกแบบยาที่มีเหตุผลคือยาต้านไวรัสที่เรียกว่าRelenza® ยานี้ถูกออกแบบมาเพื่อโต้ตอบกับโปรตีนไข้หวัดใหญ่ที่เรียกว่า neuraminidase หากปราศจากโปรตีนนี้ไวรัสไข้หวัดใหญ่จะไม่สามารถแพร่เชื้อไปยังเซลล์ใหม่ ดังนั้นการรักษาด้วยยาสามารถลดระยะเวลาของการเจ็บป่วย ยาที่ได้รับการออกแบบตามหลักเหตุผลอื่น ๆ ได้แก่ ยาเอชไอวีเช่น ritonavir และ indinavir ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีปฏิกิริยากับโปรตีนไวรัสที่เรียกว่าโปรตีเอส
