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动物试验（英语：animal testing）、动物实验（英语：animal experimentation）或动物研究（英语：animal research），是指利用人类以外的动物进行科学实验，以验证个别因素对接受测试的动物在生理或行为上的影响，并与同种类之生物在自然环境下的状态进行比对。用于动物实验的动物称为“实验动物”（英语：laboratory animals）。其目的是为了生理学、病理学或心理学的研究[1]。动物的实验研究通常在综合大学、医学院、制药公司、国防机构以及为各行各业提供动物测试服务的商业设施中进行[1]。动物试验的重点在于纯粹研究的连续性，侧重于发展有机体的基础知识、应用研究，也可能侧重于回答一些具有重大实际意义的问题，例如寻找治愈疾病的方法。这项研究应用的具体例子包括测试疾病的治疗方法、选育、国防研究和毒理学，甚至还包括化妆品测试。在教育领域，动物试验有时也是生物学或者心理学课程的一部分。这些实践操作在不同国家受到不同程度的监管。[来源请求]
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据估计，脊椎动物在动物试验中每年的使用量——从斑马鱼到非人类灵长类动物——其范围从数亿到十数亿[2]。在欧盟，脊椎动物物种占研究中使用动物的93％，2011年使用了1150万只动物。[来源请求]据估计，2001年仅在美国使用的小鼠和大鼠的数量为8000万只[3]。小鼠、大鼠、鱼类、两栖动物和爬行动物总共占研究使用动物总数的85％以上[4]。
大多数动物在实验结束后会被安乐死[5]。实验动物的来源因国家和物种而异；大多数实验用动物都来源于人工目的性培育，少数是在野外捕获或者由通过拍卖和动物收容所获得的经销商提供[6][7][8]。英国皇家学会等动物实验支持者认为，实际上20世纪的每一项医学成就都依赖于某种方式的动物使用[9]。美国国家科学院实验动物研究所认为，即使是复杂的计算机模型也无法取代动物研究，这些模型无法处理分子、细胞、组织、器官、生物体以及环境之间极其复杂的相互作用[10]。动物权利组织，如PETA和BUAV质疑动物试验的必要性和合法性，认为这些试验残忍且缺乏有效管理，并认为由于误导性的动物模型无法可靠地预测人类的影响，一些试验已经过时，成本超过了益处，另一方面也认为动物具有在实验中不被使用或受到伤害的内在权利[11][12][13][14][15][16]。
术语“动物试验”、“动物实验”、“动物研究”、“活体实验”以及“活体解剖”具有相似的表征但内涵各异。从字面上看，“活体解剖”是指动物的“活体剖切”，并且历史上仅涉及解剖活体动物的实验。该术语偶尔用于贬损任何使用活体动物的实验；例如《大英百科全书》将“活体解剖”定义为：“对活体动物进行实验而非治疗目的的操作，更广泛的说法还包含所有对活体动物所进行的实验”[11][17][18]然而词典指出这层更宽泛的定义是“仅由反对此类工作的人所使用”[19]。这个词具有负面含义，意味着折磨，痛苦和死亡[5]。因此“活体解剖”这个词对于那些反对这一系列研究的人来说是首选，而科学家们则通常使用“动物实验”一词[20][21]。
动物试验的最早参考文献见于公元前2世纪和4世纪的希腊书籍。亚里士多德和埃拉西斯特拉图斯被认为是最早进行活体动物实验的人[22]。2世纪的罗马医生盖伦首次解剖了猪和山羊，因此他也被称为“活体解剖之父”[23]。12世纪安达卢斯的阿拉伯医生伊本·苏尔也进行了动物解剖；他首次将动物试验作为一种测试外科手术程序的实验方法，并将其测试结果应用到人类患者身上[24][25]。
在生物医学历史中，动物被反复地使用。1831年，都柏林动物园的创始人们开始着眼于研究活着的或者已经死亡了的动物[26]。在19世纪80年代，路易·巴斯德通过在绵羊身上引发炭疽病，令人信服地证明了疾病的细菌理论[27][28]。于此同期的罗伯特·科赫则使老鼠和豚鼠感染了炭疽病和结核病。在19世纪90年代，伊万·巴甫洛夫使用狗来描述“条件反射”则可能是最著名的动物试验实例[29]。在第一次世界大战中，德国特工使进入俄国的绵羊都携带了炭疽病毒，并为法国骑兵的骡子和马接种了马鼻疽病以期达到战略目的。[来源请求]1917年至1918年间，德军使投往美军阵地的骡子染上病菌，病最终造成200头骡子死亡[30]。胰岛素于1922年首次从狗身上分离出来，彻底改变了糖尿病的治疗方法[31]。1957年11月3日，一条苏联太空犬莱卡成为第一支只在绕地球轨道运行的动物。在20世纪70年代，医学界研究者使用犰狳来研发抗生素疗法和麻风病疫苗[32]，之后再运用在人类身上[33]。人类改变动物遗传学的能力在1974年向前迈出了一大步，当时鲁道夫·耶尼施已经能够通过将来自SV40病毒的DNA整合到小鼠基因组中从而成功的生产出第一种转基因哺乳动物[34]。这项基因研究的进展十分迅速，到了1996年成功诞生的绵羊多利是第一个从成年供体细胞中克隆出来的哺乳动物[35][36]。
在19世纪的时候，各国管制药物的法律都较为宽松。例如在美国，当时的政府只能在一家公司因销售损害顾客的产品而被起诉之后才能禁用其生产的药品。[来源请求]而到了20世纪，药物毒理学试验变得日趋重要。1937年爆发的磺胺酏剂灾难最终杀死了100多名使用者。为此美国国会通过法律要求在药物上市之前先在动物身上进行安全测试。在这之后其他国家也纷纷颁布了类似的法律[37]。在20世纪60年代，由于发生了沙利度胺悲剧，各国政府又进一步完善了法律条文，要求在药物出售之前，必须针对孕妇的反应进行安全性测试[38]。
随着动物实验量尤其是活体解剖实践的上升，批评和争议也随之增加。1655年，“盖伦生理学”的倡导者埃德蒙·奥马拉[注释 1]说：“活体解剖的悲惨折磨体现在使躯体处于不自然的状态”[42][43]。奥马拉也和其他研究者一样认为动物生理学可能会受到活体解剖过程中疼痛的影响，使得结果变得不可靠。而另一方面，在道德的基础上也存在异议，越来越多的人认为“对人类有益并不能说明对动物的伤害是正当的行为”。许多人也认为动物并不同于人类，因此在动物的结果并不能应用于人类[43]。
而争议的另一端，赞成动物试验的人认为动物实验对于推进医学和生物学知识是十分必要的。被称为“活体解剖王子”和“生理学之父”的克洛德·贝尔纳[39]和他的妻子玛丽·弗朗索瓦·马丁（Marie Françoise Martin）于1883年在法国创立了第一个反活体解剖学会[44]，并在1865年写道“生命科学是一个极好的，令人眼花缭乱的大厅，只有通过一个漫长而可怕的厨房才能到达”[45]。并认为“动物实验……对于人类的毒理学和卫生学来说是完全具有说服力的……除了程度，其对人类和动物的影响是相同的”[40]。贝尔纳最终将动物试验确立为标准科学方法的一部分[46]。
1896年，生理学家兼医生沃尔特·布拉德福德·坎农[注释 2]博士说：“反活体解剖学家们是西奥多·罗斯福两种类型人中的第二种，‘没有良心的常识可能会导致犯罪，但没有常识的良心可能会招致愚蠢 ，这是犯罪的帮凶。’”[48]。在20世纪初的布朗狗事件[注释 3]中，亲动物和反动物试验团体之间的这些分歧首先引起了公众的注意，当时有数百名医学生和反活体解剖学家围绕着一尊为纪念被活体解剖的狗而立的纪念像与警察发生冲突[50]。
1822年，英国议会颁布了第一部动物保护法，紧随其后的是1876年出台的《防止虐待动物法》[注释 4]，这是第一部专门针对动物试验的法律。查尔斯·达尔文于1871年3月写信给雷·兰克斯特[注释 5]，提出了这项立法：“你问我对活体解剖的看法。对于生理学的真实研究是合理的；而不仅仅是因为该死的可恶的好奇心，对此我完全同意。”[53][54]为了应对反活体解剖学家的游说，英国成立了几个组织来保护动物研究：生理学会成立于1876年，为生理学家提供“互惠互利和保护”[55] ；成立于1882年的研究促进医学协会专注于政策制定；而于1908年成立的研究防御学会（现为理解动物研究[注释 6]）则旨在揭示该国动物实验的事实，这种实验对人类福祉的极大重要性以及直接归因于它们的对人类生命和健康的巨大拯救”[57]。
在19世纪60年代亨利·柏格成立美国防止虐待动物协会（ASPCA）时，在美国首次出现反对在医学研究中使用动物的声音。之后于1883年在美国成立了第一个专门的反活体解剖组织美国爱护动物协会（AAVS）。这个时代的反活体解剖主义者普遍认为，怜悯的传播是文明的伟大事业，并认为活体解剖对被解剖的对象来说是残酷的。[来源请求]然而，在美国，抗争主义者的努力在每个立法机构中都被击败，并被医学界的优越组织和影响所压倒。总的来说，这项运动在1966年《实验动物福利法》通过之前几乎没有立法成功的先例[58]。
依据体内寄生的微生物种类，实验动物按从低到高的标准可分为普通级（conventional，可缩写为CV）、无特定病原体级（specific pathogen free，可缩写为“SPF”），以及无菌级（germ free，可缩写为GF）[注 1][59]。普通级的实验动物的饲养环境无任何防护措施。无特定病原体级的实验动物是受国际认可的标准动物模型。这类实验动物饲养在达到一定条件的动物房中，饲养环境能阻止特定病原体在这类实验动物中寄生，以减少对实验结果的影响。而无菌级的实验小鼠需要生活在无菌环境中，体内不含有任何微生物[60]:22-23[59][61]。
准确的全球动物试验数据很难获得；据估计，每年有约1亿只脊椎动物在世界各地进行实验[62]，欧盟则每年有约1.1千万只脊椎动物被用于实验[63]。而据纳菲尔德生物伦理委员会[64]报告称，全球年度估计数量为5千万至1亿只。这些数据都不包括虾和果蝇等无脊椎动物[65]。
美国农业部联合动植物卫生检验署发布了2016年动物研究统计数据。总体而言，美国研究中使用的动物数量（由动物福利法案涵盖）从767,622（2015年）上升6.9％至820,812（2016年）[66]。这包括公共和私人机构。通过与统计了所有脊椎动物使用量的欧盟数据进行比较，研究的发声估计2016年美国大约有1200万脊椎动物用于研究[67]。2015年发表在《医学伦理学杂志》上的一篇文章认为，近年来美国实验动物的使用量急剧增加。研究人员发现，这种增加主要是由于动物研究中对转基因小鼠的依赖性增加[68]。
1995年，塔夫茨大学动物和公共政策中心的研究人员估计，1992年美国实验室使用了1.4到2.1千万只动物，远少于1970年所使用的5千万只[69]。1986年，美国国会技术评估办公室报告说，美国使用的动物估计每年从1000万到超过1亿，而他们自己的最佳估计则至少是1700万到2200万[70]。2016年，美国农业部列出的数据包含了60,979只狗、18,898只猫、71,188只非人类灵长类动物、183,237只豚鼠、102,633只仓鼠、139,391只兔子、83,059只农场动物以及161,467只其他哺乳动物，共计820,812只，其中包含除了目标繁殖用小鼠和大鼠之外的所有哺乳动物的统计数据。[来源请求]在美国的研究中，狗和猫的使用量分别从1973年的195,157和66,165减少到2016年的60,979和18,898只[67]。
根据英国内政部的数据显示，2017年有379万组动物实验申请[71]。其中2,960组使用非人类灵长类动物，自1988年以来下降了50％以上。这里的动物实验可能是持续数分钟、数月或数年的实验。而大多数动物仅被用于一种实验手法：实验后通常对动物实施安乐死；然而死亡是很多实验以及实验动物的终点[65]。
2017年对英国的动物实验分类为：
其中“严重”的实验是指任何以实验对象死亡为实验结束标准或实验预期结果为实验对象死亡的试验，而“中度”的实验则是指例如血液测试或者MRI扫描[71] 。
3R原则是指在试验中更加道德地使用动物的指导原则。这些原则最早由威廉·莫伊·斯特拉顿·罗素[注 2]和R.L.Burch于1959年首次提出[74]。
3R包括：
3R的范围比仅仅鼓励动物试验的替代品更广泛，但旨在改善动物福利和科学质量，而无法完全避免在研究中使用动物。3R现已在全球许多研究机构中实施，并已被各种立法和法规采用。[76]
尽管3R被广泛接受，但许多国家——包括加拿大、澳大利亚、以色列、韩国和德国——报告近年来动物实验使用量的增加，小鼠使用量增加，在某些情况下，鱼类被报告相比于猫、狗、灵长类动物、兔子、豚鼠和仓鼠等有所减少。与其他国家一样，中国也加大了在转基因研究中对动物的使用量，导致动物总体使用量增加。[68][77][78][79][80][81][82]
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尽管在动物试验中使用的无脊椎动物远比脊椎动物多，但这些研究在很大程度上不受法律管制。[来源请求]最常用的无脊椎动物物种是黑腹果蝇和秀丽隐杆线虫[83]。这些无脊椎动物在动物试验中较脊椎动物有不少优势，这其中包括生命周期短，以及可以容纳和研究大量数据。以秀丽隐杆线虫为例，这种蠕虫的身体是完全透明的，而且科学界也已经完成了对他的基因组测序，而对果蝇的研究可以使用到一系列惊人的遗传工具[84]。然而，由于其相对简单的器官组织以及缺乏适应性免疫系统阻碍了这些蠕虫更深入的被用于如疫苗研发等的医学研究领域[85]。同样，果蝇免疫系统与人类的免疫系统差异巨大[86]，昆虫中的疾病可能与脊椎动物的疾病不同[87]；然而，果蝇和蜡虫都可用于研究以鉴定新的毒力因子或药理活性化合物[88][89][90]。
在早期的研究中，研究人员发现有几种无脊椎动物系统被认为是脊椎动物的可接受替代品[91]。由于昆虫与哺乳动物在先天免疫系统上有一定的相似性，昆虫可以在某些类型的研究中取代哺乳动物。这其中，黑腹果蝇和大蜡蛾对于分析哺乳动物病原体的毒力特性特别重要[88][89]。目前科学研究已经证明蜡蛾和其他一些昆虫对于鉴定具有有利生物利用度的药物化合物是十分有价值的[90]。
在美国，每年使用的大鼠和小鼠的数量估计为1100万[67]到2000万至1亿之间[92]。这其中，由于大小、成本、易于处理和快速繁殖率等方面的优势，小鼠成为最常用的脊椎动物实验物种。其他常用的啮齿动物还有豚鼠、仓鼠和沙鼠等.[93][94]。小鼠被广泛认为是人类遗传性疾病的最佳模型，其与人类基因有95%的相似度。随着基因工程技术的出现，可以按需求培育转基因小鼠，并且可以为一系列人类疾病提病理模型[93]。大鼠也广泛用于生理学、毒理学和癌症研究，但在大鼠身上的遗传操作比小鼠更难，这限制了这种啮齿动物在基础科学中的使用[95]。
2016年，英国的各类实验共使用了超过500,000条鱼和9,000只两栖动物。这其中最多的是斑马鱼和非洲爪蟾[96]。2004年，英国有超过20,000只兔子被用于动物试验[97]。白化兔被广泛用于眼睛刺激性测试（德莱兹测试），因为兔子比其他动物具有更少的泪液分泌，并且白化兔缺乏眼睛色素使得效果更容易可视化。在过去二十年中，用于此目的的兔子数量大幅下降。1996年，英国有3,693例兔眼刺激手术[98]，2017年这个数字降为63[96]。
猫最常用于神经学研究。2016年美国使用了18,898只猫[67]，其中约三分之一用于可能导致“疼痛和/或痛苦”的实验[99]，尽管只有0.1％的猫实验涉及潜在的疼痛，而麻醉药/镇痛药并未缓解这种疼痛。在英国，2017年仅对猫进行了198次手术。在过去十年的大部分时间里，这个数字大约为200次[96]。
犬被广泛用于生物医学研究、实验探索和教育，特别是小猎犬，因为它们温和且易于操作。根据美国人道协会[注 3]的说法，它们被用作心脏病学、内分泌学、骨骼和关节研究中的人类和兽医疾病模型，这些研究往往具有高度侵入性[102]。犬只的最常见用途是在国际医药法规协和会的规定下，排在啮齿类动物试验之后作为第二种物种用于人类或兽医用途新药的安全性评估[103]。
美国农业部动物福利报告显示，2016年在美国农业部注册的设施总计使用了60,979只犬只[67]。根据英国内政部的统计，2017年英国有3,847份实验申请使用犬只作为实验对象[96]。而在欧盟大量使用犬只的国家中，德国在2016年对犬只进行了3,976次手术实验[104]，法国在2016年则进行了4,204次[105]。
非人类灵长类动物（NHP）常用于毒理学测试、艾滋病及肝炎研究、神经学研究、行为和认知、生殖、遗传学和异种移植[注 4]等领域。他们通常来自野外捕获或是人工繁殖。在美国和中国，大多数灵长类动物是由中国进行人工繁殖，而在欧洲，大多数灵长类动物依靠进口[107]。欧盟委员会报告称，2011年，欧洲各地的实验室总共对6,012只猴子进行了试验[108]。根据美国农业部的数据，2016年美国有71,188只猴子被用于实验室研究[67]。2014年，有23,465只猴子被进口到美国，其中929只是在野外捕获的[109]。在实验中最常使用的NHP是猕猴[110]；但也使用了狨、蜘蛛猴和松鼠猴等，而在美国还使用狒狒和黑猩猩。截至2015年，美国实验室约有730只黑猩猩可供科学研究[111]。
在2003年的一项调查中，研究人员发现89%的单独栖息的灵长类动物会表现出自我伤害或异常的刻板行为，包括起搏、摇摆、拔毛和撕咬其他个体等[112]。
首例转基因灵长类动物随着一项可以将新基因引入恒河猴基因的技术的发展于2001年诞生[113]。这种转基因技术现在正被用于寻找治疗遗传病亨廷顿氏病的方法[114]。关于非人类灵长类动物的著名研究已经成为脊髓灰质炎疫苗研发以及脑深层刺激手术发展的一部分，而这类研究目前最重的非毒物学用途出现在猴类艾滋病模型SIV中[9][110][115]。然而在2008年，一项禁止欧盟各成员国所有灵长类动物试验的提案引发了激烈的争论[116]。
脊椎动物和无脊椎动物的来源各不相同。大多数实验室使用从几个主要库存中心提供的菌株和突变体来自行繁殖和饲养苍蝇以及其他蠕虫等[117]。对于实验用的脊椎动物，其主要来源包括饲养者和经销商，如提供目的繁殖和野生捕获动物的Covance和查尔斯河实验室；提供野生动物交易的企业如Nafovanny。部分动物收容所也直接向实验室提供实验用动物[118]。还有大型中心来分发转基因动物的变种；例如国际基因剔除小鼠联盟旨在为小鼠基因组中的每个基因分组提供对应的基因剔除小鼠[119]。
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在美国，明尼苏达州、犹他州、俄克拉荷马州和爱荷华州这四个州要求由专门的动物庇护所为研究设施提供实验用动物。另外有14个州明确禁止这种做法，而其余的州则默许或没有相关立法管束[120]。美国也允许使用野生捕获的灵长类动物，而在1995年至1999年期间，有1,580只野生狒狒进口到美国。1995年至2000年间进口的灵长类动物中有一半是由查尔斯河实验室或Covance负责的，Covance是美国最大的灵长类动物进口商[121]。联邦政府规定实验动物经销商分两类：A级育种者由美国农业部许可出售用于研究目的的动物，而B级经销商则被许可从“随机来源”，例如拍卖、收容所和报纸广告来收购动物。一些B级经销商常被指控绑架宠物和非法捕获流浪动物，这种做法被称为“bunching”[8][122][123][124][125][126]。由于参议院商业委员会于1966年报告说，从退伍军人管理局、梅奥研究所、宾夕法尼亚大学、斯坦福大学，哈佛大学和耶鲁大学医学院等检索出被盗宠物，出于对部分公众关注研究设施出售宠物问题的回应，《1966年实验动物福利法案》被正式启用[127]。美国农业部在2003年突击搜查阿肯色州的B级经销商时，至少收回了十几只被偷来的宠物[128]。
在欧盟成员国中，实验用动物来源受理事会指令86/609/EEC的管辖，该指令要求对实验动物进行特殊饲养，除非该动物是合法进口且不是野生动物或流浪动物。然而后一项要求也可以通过特殊安排予以豁免[129]。2010年，该指令根据欧盟指令2010/63/EU进行了修订[130]。在英国，大多数实验中使用的动物是依照1988年《动物保护法》进行培育的，但如果可以确定特殊和具体的理由，则可以使用野生捕获的灵长类动物[131][132]。
在关于动物试验的争议中，实验本身对被实验动物造成的疼痛包括疼痛的程度，以及动物自身对这些体验的理解能力都是争论的主题。 [133][134] 根据美国农业部的数据，在2016年有501,560只动物（约占总数的61％，且不包含大鼠、小鼠、鸟类或无脊椎动物）被用于非瞬间痛苦的手术中。247,882只动物（31％）用于通过麻醉缓解疼痛或痛苦的实验，而71,370只实验动物（9％）则被专门用于研究会导致的疼痛或在痛苦无法缓解的实验中被使用。[72]
许多法律法规都要求研究者尽可能少地使用动物来进行实验，尤其是最终会危及其健康和生命的实验[135]。然而，虽然决策者认为痛苦是主要问题，并将动物安乐死视为减轻其痛苦的一种方式。但其他人，如RSPCA则认为实验动物的生命具有内在价值[136]。法规所关注的更倾向于是特定方法是否会导致被实验对象疼痛和痛苦，而不是实验导致实验对象的死亡这一结果是否受欢迎的[137]。一般要求在研究结束时对动物实施安乐死，以进行样本采集或尸检；在研究期间，如果他们的疼痛或痛苦属于某些被视为不可接受的类别，例如抑郁症、治疗无望的感染或者大型动物五天未能进食[138]；或当它们不适合繁殖或由于其他原因不被需要时[139]。
实验动物应用于试验研究，可溯自十九世纪末，二十世纪初。百年来经由使用实验动物从事生命科学研究，促进当今生物、医学、农业等领域的进步与发展，造福人类与动物的健康与福祉，是有目共赌的。迄至 2008 为止，经使用实验动物从事科学研究而获诺贝尔医学生理奖的科学家有 70 位，其中使用小鼠近亲品系DBA（1909 年由美国哈佛大学 C.C. Little 育成）从事研究，就有17位荣获诺贝尔奖。借此统计事实，足以窥视实验动物在人类了解生命现象与发展基础与应用医学、药学、农学等生命科学与技术所扮演的角色、重要性及贡献。
实验动物被长期使用在医学开发上，尤其在疫苗的研究中，实验动物扮演非常重要的角色。在疫苗能正式使用前，除了体外测试之外，还需要进行动物实验来证明其安全性及有效性。要研发一项新疫苗，需要有相当多过往的疫苗做的动物试验数据来支持。而在疫苗产品的品质管理上，动物试验的结果也更能确保疫苗的品质。
利用动物实验开发疫苗，对人类生存有其不可或缺性，例如卡介苗的开发。结核病为目前全球单一病原引起最多死亡的传染病，依据世界卫生组织统计，2001年底全球结核病盛行率为每万人口12人， 死亡率为每万人口2.6人，在中南亚、大洋洲、撒南非洲及东亚等区域结核病人数为全球95％，死亡人数则占全球99％，为防范结核病扩散之重要地区。[140]
且动物也是动物实验的受益者，透过动物实验，目前为止已经开发出了许多对抗疾病的动物疫苗 ，改善了无数动物的生活。像是狗和猫的狂犬病疫苗、犬瘟热疫苗，猫白血病疫苗等等，都降低了动物发病的几率。
此外，动物实验也是保护许多濒危物种不可或缺的一部分。消除寄生虫、治疗疾病，使用麻醉设备和促进繁殖的能力。比如对动物性行为的研究使人们有可能在圈养中繁殖许多物种，使濒临灭绝的物种能够重新引入野外。[141]
因法规相较于动物实验中主要以动保法广泛性的规范，人体临床实验的保护是由国内外多项法规组成，包含国内法规如医疗法、人体研究法、个人资料保护法、人体试验管理办法、等构成，且因不同的试验目的也有主题性的法规规范。此外，在人体试验的多项规范中，若违反则会有大笔金额的罚锾，以开发者的角度来说，仍然会以动物实验为初步测试的选择。 且数据模拟有其局限，数据库或是其他生物技术无法反应出受测过程中所有变化的可能，欠缺整体性。即便使用器官芯片进行模拟试验，仍旧会面临一些技术上的问题，像是若要测量药物可能的整体作用，就需要将多个不同单位的器官芯片连接起来，以建构整个器官系统，并观察其交互作用。然而，目前国外的技术虽能结合多种器官芯片，但仍无法完整的反应真实运作情况，甚至在部分的器官组织上，还有着与真实器官组织的差异存在。 植物基因克隆的不可用性，每一种植物作为食用疫苗都有它的优缺点。举例来说，马铃薯虽然理想，因为他们从芽眼繁殖，并且可以长期在室温下储存，但它通常需要煮熟才食用，但是加热可能破坏抗原。另一个考量点是，有研究者发现某些抗原蛋白质被消化后，会导致身体这些蛋白质不做出反应，造成口服耐受性(oral tolerance)。
且目前并没有适当的政府法令来规范这些植物疫苗是否会造成食物链的不安全性。基于利润考量上，若一个产品的主要市场在非西方国家，不会有太多药厂有兴趣开发此产品。最后，虽然欧盟在声明上表示实施禁售令的同时也必须发展人体测试的新方案，使替代方案成为欧盟贸易协定之公司要件，但另一方面也承认目前并没有可以完全取代动物实验的检验方式。
动物实验中的不准确性可以以挑选适当的动物品种来降低，适合疫苗实验的是雪貂和非人类灵长动物，因为此二种生物的特征较容易模拟人类施打疫苗的状况。
例如蒙古沙鼠的左右半脑不相通，适合拿来研究脑梗塞、脑浮肿及脑血流障碍等局部脑缺血模式；天竺鼠在肺部与支气管处有发育良好的平滑肌，适合拿来做支气管与过敏方面研究。不同的检定依照实验的需求，必须选择不同的实验的实验动物。而操作动物实验的过程其实就是个拟人化的过程，像是运用特殊品系的小鼠模拟人类高血压的进程，或是利用先天饱食中枢有问题的小鼠，研究因过度进食肥胖而导致的糖尿病等等，如此操作以便顺利连接到人类医学研究。
疫苗开发实验动物模式一般分成四类：[142]
（一）实验或诱发模式（Induced or experimental models） （二）自发模式（Spontaneous or natural models） （三）负模式（Negative or non reactive models）
（四）孤儿模式（Orphan models）
以艾滋病（AIDS）为例，人类疾病动物模式指的是在动物身上进行生物、行为的研究成果，其实验操作是利用动物产生的先天或诱发性病理变化，以作为人类疾病的参考。[143]然而，动物模式实验作为人类疾病的一种参考，无法与人类有完全相同的结果。举例而言，AIDS 研究通常是以猿猴作为人类免疫缺陷病毒(HIV)试验动物，而根据研究结果显示出： AIDS 这种诱发模式型疾病研究是存在极大变异性，反复的操作没效率的猿猴模式实验并无法提高实验的精准度。
替代方案最早可以推论到 1950 年代英国科学家提出的3R观念中的取代，也就是以其他的方式取代动物实验，以减轻动物的痛苦与折磨。此后世界各地的动保人士就开始推广这个观念，近十年，更是成为了多数欧美国家致力努力的目标，例如荷兰就立下了要在 2025 年废除动物实验的目标。[来源请求]
替代方案目前有以下几种：
器官芯片：在芯片上放上人体细胞，使其能像在人体一样工作，可以在这上面测试药品或者是实验一些物质对人体的影响。
细胞与组织实验[144]：胚胎干细胞或许能成为药物开发的开端，将疾病的基因植入细胞中，然后将其分化为人类疾病的组织，可用于筛选药物。而这样的技术是作用在培养皿上，因此不会对人体有影响，而且干细胞可以分化为不同的组织，可以借此做到和直接在人体上做实验一样的效果。除了利用干细胞发展组织之外，人类捐献的术后或死后细胞与组织也是很好的实验来源，可以在此测试药物效果。
根据现行台湾《动物保护法》第 15 条：使用动物进行科学应用，应尽量避免使用活体动物，有使用之必要时，应以最少数目为之。[145]但实际动物实验管理层面却不一定符合法规。
1、兔化猪瘟疫苗
台湾是猪瘟疫区，18 年来已牺牲超过 50 万只兔子制作“干燥兔化猪瘟疫苗”[146]。研究报告指出：目前已有不必牺牲活体动物生产的“组织培养”与“E2次单位”疫苗上市，但至今农委会却不肯停止生产兔化猪瘟疫苗。不仅未落实3R 原则，更已违反《动物保护法》第 15 条“使用动物进行科学应用，应尽量避免使用活体动物，有使用之必要时，应以最少数目为之”的规定。
2、鼬獾狂犬病疫苗动物试验
2013 年 7 月台湾爆发狂犬病疫情，农委会提出“鼬獾狂犬病毒动物试验计划”，农委会的动物试验目的包括：
（一）验证现行犬猫用疫苗效力与保护力
（二）了解犬只感染病毒后生理机转
（三）开发犬猫用疫苗
（四）验证现行野生动物口服疫苗效力与保护力、了解鼬獾感染病毒后生理机转、开发鼬獾用口服疫苗。
而台湾动物社会研究会对农委会所提出的实验设计，认为没有合理证据质疑现今疫苗的保护力。[147] 认为农委会在提出此项动物实验计划时并没有做完整的评估考量，甚至是以“防疫”为由忽略了防疫所需的田调监测参据。由上述疫苗动物试验案例可看出现行台湾在动物实验管理上仍不够严谨，甚至有违 3R 原则。而虽然农委会于 2017 年将〈实验动物照护及使用指引〉法制化，但多项攸关动物福利的规定，指引仅列为“得”提供，而非“应”提供，恐流于形式，不易落实。
20世纪时在动物实验的程序和物种适用的伦理都还没有定案，且那时在试验动物的道德和伦理产生了巨大的改变，像是 2015 年的一项盖洛普民调发现67%，也就是超过半数的美国人“很关心”或“有些关心”实验动物。同年进行的一项皮尤民意调查发现，有半数的美国成年人反对实验动物。 尽管大部分的人对实验动物关心，学界仍有各种正反观点，像是汤姆·雷根等人，认为动物有信仰及欲望，所以有精神权利。雷根也发现实验动物是为了拯救人类而牺牲这个问题，但有人认为，实验动物帮助人类开发潜在资源是需要的。另一方废除实验动物方认为，人类没有任何正当理由对动物进行有害研究。伯纳德·罗林也提出实验动物的痛苦一定要低于人类得到的益处，且人类并没有任何道德上的权利去实验动物而没对动物有益。唐纳德·华生认为实验动物是人类对动物最残忍的方式。彼得·辛格提出了另一个想法，认为没有理由在功利主义下不考虑一个物种是否痛苦，马尔科姆·麦克劳德和其合作者认为大多数受控的动物实验没有采用随机对照试验，分派隐匿试验，盲法试验，因此会夸大在动物身上测试的药物的益处，导致很多没有对人类有帮助而进行的动物研究。
荷兰和新西兰等政府基于大家对实验动物的关心，立法禁止那些入侵性实验用在非人的灵长类动物身上，尤其是类人猿身上。2015 年，美国的圈养黑猩猩被列入《濒危物种法》，这让那些想对黑猩猩们进行试验的人更难达成，同样的因为道德和替代性考量，国家卫生院(美国)，2013 年宣布将大幅减少并最终逐步停止对黑猩猩的实验。
英国政府也要求实验动物的牺牲必须与知识的增长权衡。中国，日本，韩国有一些医学院和机构建立了纪念碑，纪念那些被杀死的动物。在日本，也有一年一度的追悼会（Ireisai 抚霊祭），用于纪念在医学院牺牲的动物。
不管是有帮助科学实验的案例，或违反道德规范的案例，都引起人们的关注。像是肌肉生理学，它的基本原理是通过青蛙肌肉所做的功来确定的（包括所有肌肉的力产生的机制，长度和张力的关系，和力和速度的曲线），青蛙由于肌肉能在体外的长期存活以及能分离成完整的单纤维（在其他生物体中不可能），所以仍然常被选为模型生物体。在青蛙的实验及随后的小鼠实验（通常被设计为肌肉萎缩症等疾病的状态），帮助了现在对肌肉疾病的了解及治疗。另一个例子是在1997 年 2 月，苏格兰罗斯林研究所的一个研究小组宣布了桃莉羊的诞生，这是第一个从成年体细胞复制出来的哺乳动物。
若依遗传学分类，则分为：
最早的实验动物保护机构在19世纪初期成立。[来源请求]而世界上第一家从属于研究机构的动物福利委员会是在1968年于加拿大设立的。 目前实验动物的福利保护模式可以分为要求各机构进行的自我监管美国模式和通过立法规定对实验动物的最低福利要求的欧洲模式两大类。美国和加拿大实行美国模式，而包括欧洲、澳大利亚、新西兰在内其他大部分国家采用欧洲的模式。美国实验动物福利的主要法规依据是《1966年动物福利法案》，但大鼠、小鼠、鸟类并不受该法令限制。欧洲委员会1986年在ETS 123公约的基础上制定86/609/EEC号指令，该指令的附录A曾在2004年进行过修改。欧洲委员会的ETS 123公约不强制要求成员国实行，但一旦签署该公约，各国就需要进行相关立法 。截至2007年，已有14个欧洲委员会的国家签署ETS 123公约。欧洲地区的德国、英国、英国、瑞典，以及荷兰对实验动物的审批有较严格的规范[148]:483-493。
2004年，世界卫生组织（WHO）巴黎会议上有学者提出实验动物应享有五大基本自由，即五项自由：免于饥渴的自由、免于不适的自由、免于痛苦、伤害和不适的自由、表达主要天性的自由，以及免于恐惧和焦虑的自由。这一标准受到各国的普遍接受，目前已成为指定实验动物福利法规的重要参考[149]。实验动物福利应遵循五项原则：动物实验必须在有必要性的前提下方才进行；应减轻实验动物的疼痛，同时应尽可能进行麻醉；不应使实验动物受到非必需的损伤或感知到非必需的疼痛；动物实验应仅由有经验的人员进行；应尽可能使用相对低等的实验动物。此外，实验动物应该享有五项自由：。动物实验还应遵守“3R原则”，即替代原则（Replacement）：使用其他方法代替动物实验，或用相对低等的实验动物替代相对高等的实验动物进行实验；减少原则（Reduction）：应减少实验动物的使用量；优化原则（Refinement）：应通过优化实验使实验动物的痛苦得到减小[148]:483-493[150]。
动物权利主义者认为，动物实验会使动物生病甚至死亡，而且现时已有很多种类的物品，毋须再研制新的，因此实验对人类的好处并不存在或未能确定，另一方面实验肯定会对动物造成伤害，因此动物实验只是人类为自己利益而牺牲动物生存权的错误行为。[76]
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