Per didžiąją medicinos mokslo istorijos dalį nauji vaistai buvo atrasti bandymų ir klaidų būdu arba tiesiog per visišką sėkmę. Didėjant naujų ir veiksmingesnių vaistų paklausai, senus metodus pradėjo pakeisti naujas vaistų kūrimo metodas, vadinamas racionaliu vaistų dizainu. Racionaliai kuriant vaistus, biologiškai aktyvūs junginiai yra specialiai sukurti arba parinkti taip, kad veiktų su tam tikru vaisto taikiniu. Šis metodas dažnai apima molekulinio projektavimo programinės įrangos naudojimą, kurį mokslininkai naudoja kurdami trimačius vaistų ir jų biologinių taikinių modelius. Dėl šios priežasties šis procesas taip pat žinomas kaip kompiuterinis vaistų projektavimas.
Vaisto taikinys arba biologinis taikinys paprastai yra vienas iš dviejų tipų. Pirmasis tipas yra žmogaus kūno molekulė, kuri sukelia ligą, kai yra tam tikru būdu sugedusi. Antroji – ligą sukeliančio mikroorganizmo molekulė. Vaistų kūrimas apima naujų cheminių junginių, kurie naudingai sąveikauja su šiais taikiniais, atradimą arba kūrimą, pvz., sąveikaudami su cholesteroliu, kad pašalintų jį iš organizmo, arba sąveikaudami su virusu, sukeldami jo mirtį.
Senesni naujų vaistų kūrimo metodai turi keletą trūkumų, dėl kurių vaistų atradimas yra brangus verslas. Lengviausias ir greičiausias būdas sukurti naują vaistą yra tiesiog per visišką sėkmę atrasti, kad tam tikras junginys yra biologiškai aktyvus prieš dominantį vaistą. Bene garsiausias toks incidentas buvo 1928 m. Aleksandro Flemingo atradimas penicilino. Pirmąjį antibiotiką mikrobiologas atrado, kai kai kurios bakterijų kultūros, su kuriomis jis dirbo, buvo užterštos baktericidiniu grybeliu. Žinoma, toks atsitiktinis atradimas neįvyksta labai dažnai, o sėkmė nėra kažkas, kuo vaistų kompanijos pasikliauja kurdamos naujus vaistus.
Dažniausias metodas, naudojamas kuriant naujus vaistus, yra ilgas, didelio masto procesas, vadinamas kombinatoriniu bibliotekos patikrinimu. Šiame procese sukuriama daug cheminių junginių, kurių biologinis aktyvumas tikrinamas. Jei tam tikras junginys turi sąveikos su biologiniu taikiniu požymių, jam skiriamas didesnis dėmesys ir jis gali būti sukurtas į naują vaistą. Šis procesas gali užtrukti daug metų ir milžiniškas pinigų sumas, tačiau net ir kūrimo laikotarpio pabaigoje vaistas gali būti nepakankamai veiksmingas ar pakankamai saugus žmonėms vartoti.
Racionalus vaistų kūrimas yra labiau supaprastintas procesas, dėl kurio reikia atidžiai apsvarstyti vaisto tikslą ir patį vaistą. Šis vaistų projektavimo metodas naudoja specialią įrangą, kad ištirtų vaisto taikinio trimatę struktūrą ir randamas junginys, galintis sąveikauti su taikiniu. Todėl šis procesas reikalauja didelių chemijos ir biologijos žinių, nes cheminė vaistų ir jų taikinių sąveika lemia, ar vaistas yra biologiškai aktyvus.
Junginius galima nustatyti dviem būdais. Pirmasis apima kombinatorinės bibliotekos atrankos naudojimą. Tačiau šiuo atveju procesas yra supaprastintas, nes mokslininkai, naudojantys racionalius vaistų projektavimo metodus, patikrins biblioteką, ar nėra junginių, kurių forma yra pakankamai specifinė, kad galėtų sąveikauti su dominančiu vaistu. Antrasis metodas apima faktinį junginio, kuris gali sąveikauti su taikiniu, sukūrimą. Tam reikia atsižvelgti į cheminę junginio sudėtį ir žinoti, kokių cheminių grupių junginiui gali prireikti, kad jis galėtų sąveikauti su vaisto taikiniu.
Pirmasis vaistas, sukurtas naudojant racionalų vaistų kūrimo procesą, buvo antivirusinis vaistas, vadinamas Relenza®. Šis vaistas buvo sukurtas sąveikauti su gripo baltymu, vadinamu neuraminidaze. Be šio baltymo gripo virusas negali užkrėsti naujų ląstelių; todėl gydymas vaistais gali sutrumpinti ligos trukmę. Kiti racionaliai sukurti vaistai yra ŽIV vaistai, tokie kaip ritonaviras ir indinaviras, kurie abu sąveikauja su viruso baltymais, vadinamais proteazėmis.