一般在此阶段对发现的新化合物进行探索性研究，包括进行化合物结构和性质研究，进行试验条件下的小试产，同时还要开展先导性试验，进行实验动物和靶动物的剂量反应（药效）、毒性和药代动力学研究。一般在此阶段开始专利登记申请。此阶段一般用实验动物进行相关性试验研究，包括药理学研究方面进行的药物的主要药效、一般药效、药代动力学和作用机理等研究，以证明有效性问题，以及毒理学研究方面进行的急性毒性、长期毒性和特殊毒性研究，必要时还要进行毒代动力学研究，以证明安全性问题。另外，要根据药理学研究结果，开展有关的药学研究、评选并确定剂型、进行产品稳定性考察、制定相应的质量标准，并进一步开展原料药与制剂的中试生产，此阶段用试验动物进行试验。此阶段研究一般要用靶动物进行试验，可以分三期来进行：I期临床（实验室）试验：在实验室可控条件下进行，包括靶动物耐受性试验，寻找有效剂量和中毒剂量范围，确定靶动物的有效性和安全性；开展靶动物的药代动力学及生物利用度试验，为下一步推荐临床使用剂量提供依据；II期临床（实验室）试验：包括药效评价试验（随机对照治疗试验），即用健康靶动物在可控条件下进行药效对照试验，必要时进行疾病动物药代动力学试验，确定初步的有效剂量，因此也有人称为剂量确定实验。根据确定的有效剂量，在健康动物进行残留消除试验，确定使用后的休药期；III期临床( 田间）试验：国外也叫剂量验证试验，主要是验证I、II期的结果是否可行，此试验就是在自然生产条件下，在指定的区域进行靶动物随机对照试验，以进一步验证临床试验剂量(又称为剂量确证试验)，同时根据临床使用剂量，进行靶动物的安全试验，考察加大临床使用剂量的毒副反应。一般在完成了此阶段的试验后，可以着手准备新兽药的申报资料，提交新兽药注册申请，进行新兽药注册。在新兽药获得上市批准后，还应进一步完善生产制造工艺与质量控制标准，并补充必要的药理学与毒理学资料，开展上市后不良反应检测（对动物和人都需要监测）、观察上市的新兽药疗效的确切性、在规定的使用条件下动物的毒副反应、对人（生产者和使用者）的毒副反应、标签外使用会出现的毒副反应、在食用动物使用后的残留检测情况（以判断休药期够不够，食品安全有无影响）用药后对生态环境的影响，对抗菌药物还要检测耐药性的发展情况。主要评价新兽药在一次染毒情况下，通过不同途径接触后对生物体的毒性作用，包括全身毒性作用和局部毒性作用。经口LD50的测定：主要是考察单剂量口服途径染毒情况下产生的全身毒性作用。一般来说，所有的原料药都必须进行该试验。注射途径LD50的测定：主要是考察新兽药通过各种注射途径单剂量染毒情况下产生的全身毒性作用，一般要结合药物的理化性质来选择将来临床给药的途径，根据决定的临床给药途径来选择相应的注射途径染毒。注射用原料药必须进行该试验，其它原料药可根据临床给药途径来决定。经皮LD50的测定：主要是为了考察新兽药通过皮肤给药途径单剂量染毒情况下产生的全身染毒作用。皮肤刺激试验：考察新兽药通过皮肤注射或透皮给药对局部皮肤产生的刺激反应，如红、肿、热、痛等，一般供注射和透皮吸收的制剂必须进行该试验。肌肉刺激试验：考察新兽药通过肌肉注射给药对局部肌肉产生的刺激性反应，一般供肌肉注射的制剂必须进行该试验。眼结膜刺激性试验：考察新兽药通过眼结膜给药对眼结膜产生的局部刺激性反应，进而了解对兽药生产者、使用者需进行的防护。一般眼科直接用药、喷雾和易挥发的制剂必须进行该试验。黏膜刺激试验：考察新兽药通过阴道、子宫注入给药对阴道、子宫黏膜产生的局部刺激性反应，一般只有子宫注入剂必须进行该试验。
溶血试验：考察新兽药通过静脉注射给药后对血药细胞产生的毒性作用。一般静脉注射用制剂必须进行该试验，同时此类制剂的溶媒有严格的选择规定。30/90天亚慢性毒性试验：考察新兽药多剂量给药情况下对实验动物的全身毒性作用，一般用大鼠经灌服途径给药，所有原料药必须进行该试验。Ames试验，又称鼠伤寒沙门氏菌恢复突变试验，用于检测新兽药是否产生基因突变。此外还要进行小鼠骨髓细胞微核试验、小鼠精子畸形试验或睾丸精原细胞染色体畸变分析试验、小鼠骨髓细胞染色体畸变分析试验及显性致死试验。繁殖毒性试验：选做，如果做此项试验，可不做传统致畸胎试验。原料药必须做此阶段试验，各种制剂可不做。在致畸试验中，对一般兽药来说，传统致畸试验为必做试验；对饲料药物添加剂还应增加喂养致畸试验，喂养繁殖毒性试验。喂养繁殖毒性试验一般只做一代繁殖毒性，一代为阳性时应再做第二代繁殖毒性。慢性毒性试验：做药物饲料添加剂使用的原料药必须进行该试验。致癌试验：根据90天毒性试验和致突变结果而定，一般不需要进行。但是致突变试验有阳性结果、可疑有致癌作用、激素或类激素、做免疫调节剂使用的原料药必须进行该试验。经过安全性评价研究，决定一个化合物是否可以作为兽药使用，一般依据以下的结果作出判定。急性毒理学试验结果：如果经口LD50小于10毫克/千克体重的原料药，或小于靶动物可能摄入量10倍的药物饲料添加剂，一般放弃作为兽药使用，不再继续其他毒理学试验。
亚慢性毒性试验结果：中毒剂量小于推荐剂量2-3倍的各种原料药，一般不能作为兽药使用，蓄积系数小于3的原料药一般不能作为药物饲料添加剂使用。致突变试验结果：三项试验中有一项是阳性结果的原料药，一般不能用于食品动物，如果此原料药特别重要必须补做1-2项其它毒理学试验，并要通过致癌性试验进行确证。生殖毒性试验结果：最小致畸剂量小于推荐剂量3倍的药物不能用于怀孕动物；有明显繁殖毒性的药物一般不能用于种畜。慢性毒性结果：致癌试验结果阳性或可疑的原料药一般不得用于食品动物。
