20世纪伴随药物化学学科诞生而出现的现代药物设计和药物分析，已形成独立的学科
药物设计是随着药物化学学科的诞生相应出现的。早在20世纪20年代以前，一些研究人员就开始进行天然有效成分的结构改造。直到1932年，欧兰梅耶发表了将有机化学的电子等排原理和环状态结构等价概念应用于药物设计，首次出现具有理论性的药物分子结构的修饰工作。随后，药物作用的受体理论，生化机制，药物在体内转运等药物设计的理论不断出现。在20世纪60年代出现了构效关系的定量研究。1964年汉希和藤田稔夫提出定量构效关系的汉希分析。药物设计开始由定性进入定量研究阶段，为定量药物设计奠定了理论和实践的基础。药物设计逐渐形成一门独立的分支学科。20世纪70年代以后，药物设计开始综合运用药物化学，分子生物学，量子化学，统计数学等基础理论和电子计算机等手段，开辟了药物设计的新局面。
20世纪90年代以来，随着分子生物学的进展，模拟与受体相结合的药物活性构象的计算机分子图像技术，在新药研究中已取得成果。运用这些新技术，从生化和受体两方面进行药物设计是新药设计的趋向。由于化学药物的发展，人们逐渐感到对药品进行质量管理的必要性。20世纪50年代之后，随着分析技术的发展，特别是各类仪器分析技术(如波谱分析，色谱分析，电化学分析技术)和自动化仪器的发展，人们已可以测量药物在人体作用部位或血液中的浓度。
人们开始研究影响药物在人体和动物体内生物利用度的因素，并利用这些研究成果，以求药物在临床应用中最佳药理治疗效果，并因此而发展出一门新的生物药剂学。近年来又开展了药效学和药物代谢动力学的研究。药物分析已发展到可进行生物样品中药物的分析水平，从而促进了一些新型学科的发展。这些新学科的发展又提高了药物分析水平，丰富了药物分析的内容。(图一)药物设计人员正在检测一种新的化合物，新的药物必须在动物身上进行严格的试验，确认安全才可应用
(图二)这是治疗肺结核的一种化学药物利福平的分子三维结构图。这是一幅用电子显微镜拍摄的全息显微照片
(图三)研究人员在实验室研制新的化学药, http://www.100md.com