Das Test-Präparat wird den Tieren über eine einzelne intravenöse Injektion verabreicht. Wenn Menschen das Präparat in Zukunft in einer anderen Darreichungsform nehmen sollen, zum Beispiel in Tablettenform, muss diese Form auch an Tieren getestet werden. Die Darreichungsform eines Medikaments beeinflusst die Menge des Präparats, dass in die Blutbahn gelangt und dessen Verteilung im Körper.

Tiere werden nach Verabreichung des Medikaments 14 Tage lang beobachtet und eventuelle Toxizitäts-Erscheinungen, das Auftreten der ersten Anzeichen und deren eventuelle Linderung werden minuziös festgehalten. Diese Studien stellen auch allgemeinere Daten über ein potentielles Medikament bereit, wie über das Verhältnis zwischen Dosierung und Reaktion. Nach 14 Tagen werden alle überlebenden Testtiere auf schmerzlose Weise getötet und seziert, um sie auf weitere Anzeichen für Toxizität zu untersuchen.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen liefern wertvolle Informationen über die anzuwendende Dosis und darüber, wie sich Toxizität äußern könnte, und ermöglichen somit die Planung weiterer Tests. Es könnte zum Beispiel eine Studie konzipiert werden, um die Wirkung eines Präparats auf die Leber oder eventuelle Interaktion mit der DNA zu erforschen. Präparate, die sich als toxisch herausstellen, werden nicht unbedingt aufgegeben, da der Grad der zulässigen Toxizität von der geplanten medizinischen Anwendung abhängt. Wenn das Medikament für die Behandlung einer lebensbedrohlichen Krankheit eingesetzt werden  soll, ist eine gewisse Toxizität weniger schwerwiegend als bei einem Medikament, das für die Nutzung in gesunden Individuen vorgesehen ist.

Nach anfänglichen Pilotuntersuchungen beruhen die Sicherheits- und Toxizitätsstudien auf einem klinischen Plan, wodurch die Struktur und die Dauer die Tierversuche direkt an das klinische Studienprotokoll gekoppelt sind. Dieses beruht seinerseits auf Empfehlungen zur Zielgruppe in der Bevölkerung, der Humandosis, dem Behandlungssystem, dem Verabreichungsweg (Tablette/Injektion usw.) und dem Zeitraum, über den die Dosen verabreicht werden. Die Zielgruppe ist besonders wichtig, da der Einfluss einer bestehenden Erkrankung oder des Alters auf die Wirkung eines potentiellen Medikaments beachtet werden muss.

Mit Hilfe des klinischen Plans wird ein toxikologischer Plan erstellt, dem die Anzahl der an einem Präparat durchzuführenden Studien entnommen werden kann, bevor es einem freiwilligen Probanden verabreicht werden darf. Die Tierversuche müssen genügend nützliche Daten ergeben haben, um vertretbare Entscheidungen über ein Präparat und jegliche möglichen Ablagerungen, zu denen es im Körper kommen könnte, zu treffen. Die minimale Zeitdauer von Toxizitätsstudien mit Mehrfachdosierung, bevor man zu den Einzeldosen beim Menschen übergehen kann, beträgt in der EU und den USA 2 Wochen, in Japan 4 Wochen. Diese Studien müssen sowohl an einer Nager- als auch bei einer Nichtnager-Spezies durchgeführt werden. Längere Tests am Menschen werden meist von unterstützenden Tierversuchen begleitet, die dann gleichzeitig beendet werden.