研究的对象是实验动物和微生物以及试管试验，这些都离不开实验动物。与临床试验相比，动物实验具有一些独特的特点和优点：
1．可能更严格地控制实验条件。虽然在临床试验中也可能对试验条件加以控制，但由于作为社会的人的高度复杂性，多数情况下难以严格控制，有进甚至连设置对照组都会遇到很大阻力，给试验的进行和对结果的分析带来很多困难。但是在动物实验中，受试对象和整个实验进程都处于实验者的完全控制下，可以把很多人体上非常复杂的问题简单化，可以进行各种因素的细微探讨。这是临床研究难于做到的。
机体的某一种机能同时都受许多因素的影响。因而要研究某一特定因素对这一过程的影响就希望能使其他的因素保持固定。在人体是比较难以做到这一点的，但在动物，无论是整体、离体或试管实验中，都比较容易做到，如试验条件，实验室可以严格控制实验室的温湿度、光线、声音、动物的饮食、活动等，而临床上很难对病人的生活条件、活动范围加以严格控制，病人对药物治疗以外的其他护理工作的反应，对医务人员的信赖程度及合作程度更是实验室中所不存在的问题。又如试验对象的选择，动物实验健康状态、甚至遗传和微生物等方面也可以严加限制，但临床试验中，病人的年龄、性别、体质、遗传等方面是不可能加以选择的。特别是健康状况，动物是健康的或是人工造成的某种疾病模型，而临床试验是人在生活中先天的或后天的自然环境下所得的病，因此，即使是同一疾病，临床试验中每个人的疾病情况都很复杂，对同一药物反应也就不同，何况病人除试验治疗的疾病以外，还时常有一些另外的疾病，这样可影响或掩盖试验效果。动物可以同时选取所需要的数量，同时进行实验取得结果。而病人则是陆续发生，陆续进入试验，逐渐积累试验结果资料，前后可能掺入了不少干扰因素，有时难于区分。由于医学科研中利用动物实验的这些优点，我们就把一个非常复杂的多元方程，转变成简单的函数运算，使许多医学上的实践问题和重大理论问题解决得比较容易，从而大大地推动了医学科学的发展。
2．可以缩短研究周期，进行对机体有害或可能有害的处理因素的研究。医学的宗旨是防病治病，增进健康。任何一种处理因素都不得有害于人的健康，因此任何一种预防或治疗措施（如一种药物、一种手术等），在未肯定其真正有益无害之前，严格地说是不允许在临床应用的，更不用说一些已知对机体有害的因素了。任何新的药物在临床应用前必须先通过动物实验，肯定疗效，确定剂量，弄清有无副作用和远期后果；一种新的手术也必须在动物身上先试验其可行性、效果及问题，并已在动物身上充分掌握其技巧之后，才可用于临床，至于研究各种因素的致病作用，如毒物、病原生物、极恶劣环境等等，动物实验不仅是必不可缺的，而且常常是唯一方法。
临床上很多疾病潜伏期或病程很长，研究周期也拖得很长，采用动物复制疾病模型可以大大缩短其潜伏期或病程。尤其是那些在人体上不便进行的研究，完全可以在实验动物身上进行。从而有力地推动了人类疾病的病因学、发病学以及防治方法的研究。
应用动物模型，除了能克服在人类研究中会遇到的理论和社会限制外，还容许采用某些不能应用于人类的方法学途径。这些途径对于研究低发病率疾病（各种癌症、遗传缺损）和那些因其危险性而对人类进行实验是不道德的疾病，具有特别意义。例如，急性白血病的发病率较低，研究人员可以有意识地提高其在动物种群中的发生频率而推进研究。同样的途径已成功地应用于其他疾病的研究，如血友病、周期性中性白细胞减少症和自身免疫介导的疾病。
动物模型的另一个富有成效的用途，在于能够细微的观察环境或遗传因素对疾病发生发展的影响。这对于长潜伏期疾病的研究特别重要。为确定特定的环境成分在某些疾病诱发中的作用，可将动物引入自然的或控制的环境中去。随着一些急性传染病的被控制，人们对一些慢性病日益注意，近年来人们对环境中日益增加的许多慢性致病因素更加注意。有些致病因素需要隔代或者隔几代才能显示出来。人类的寿命是很长的，一个科学家很难有幸进行3代以下的观察。许多动物由于生命的周期很短，在实验室观察几十代是轻而易举的，如果使用微生物甚至可以观察几百代。
3．可以最大限度地获取反映实验效应的样本和资料。在临床试验中，从受试对象取得反映实验效应的资料，往往要受一系列限制，例如对象拒绝提供、可能损害健康等等。但在动物实验中，通过种种安排，几乎可以不受限制地获得资料，而所有这些资料对于机理分析是至关重要的。
临床上平时不易遇到的疾病，应用动物实验可以随时进行研究。使人们得以对这些疾病进行深入的研究，例如放射病、毒气中毒、烈性传染病等。
以放射病为例，平时极难见到，而采用实验方法在动物身上可成功地复制成造血型、胃肠型、心血管型和脑型放射病。大大促进了这种病的研究。因此，今天我们对辐射损伤的大部分知识，是通过动物实验积累起来的。关于辐射的远期遗传效应至今只有动物实验的材料。
4．可以进行药物的长期疗效和远期效应的观察。药物的长期疗效和远期效应，在实验室采用动物实验方法来观察，没有太大问题，但在临床研究中问题就比较复杂，如病人多吃或少吃药、病人自动停药、病人另外求医、病人又患其他疾病，病人死亡以及病人失去联系等均可使治疗的最终效果很难判定。
5．可以进行一些临床上根本作不到的实验。医学上有些重要的概念确立只有通过动物实验才能作到，临床上是根本作不到的。例如，关于神经与内分泌的关系早就引起了人们的注意，早在30年代临床上就观察到下丘脑损伤可引起生殖、代谢的紊乱，尸体解剖与动物实验都强烈地提示下丘视脑可能通过分泌某些激素调节垂体前叶的功能从而控制许多内分泌器官的功能，如果这一现象能得到肯定，神经体液调节的概念将得到决定性的支持，但是化费了40年人们却无法找到下丘脑调节垂体的物质。直到70年代两组科学家分别用10多万个羊和猪的下丘脑提取出几毫克下丘脑的释放激素，而仅需几微克这类激素就可导致垂体分泌大量激素，才最后确定了下丘脑对垂体的激素调节的新概念，由于下丘脑释放激素的分离、合成，为神经内分泌调节的概念提供了有力的证据并改变了许多内分泌疾病诊断与治疗的方法，因而这个工作获得诺贝尔奖金。如果不用动物下丘脑而企图由几万个人的下丘脑提取释放激素那是非常困难甚至于是不可能的。可见医学研究发展到目前已进入一些研究工作非在动物身上进行不可的阶段。如果说医学的发展单纯地依靠经验的积累，那么就不容易解释为何经历了几千年积累的中医药学在某些重要方面的发展却落后于近代西方医学呢？中医没有利用动物实验不能不说是一个重要的原因。
