开发组织培养、计算机技术、免疫学技术和物理化学方法作为对动物实验的替代，已经取得了较快的发展。通过在人类组织中应用基因芯片技术，可以得到关于疾病相关基因的知识。在这个研究领域可部分避免使用动物。这一领域的进展，伦理学的考虑并不是唯一的原因，可能还有探索以合适的方式进行替代的愿望。预计将来动物实验仍然是不可缺少的，但是动物实验的目标可能从最初的研究转向对体外试验数据的验证上。而且，生物医学研究中最终的验证研究要在人体身上进行。
1．体外技术 体外技术是目前最重要的一类替代动物实验的方法，但应该注意的是并不是每个体外的方法都能被看成一个替代模型。在有些研究领域里，体外方法本来就是和研究本身不可分割的，这种情况下，体外方法对动物实验并不会产生什么影响，因而也就不认为是对动物实验的替代。
体外方法包括对细胞器、细胞、组织和器官的研究。如今，现代组织培养技术能在体外进行器官重建。如将不同的皮肤组分分离，将细胞培养得到大量皮肤细胞，在适当的条件下将细胞接种在合适的基质上可以重建三维结构的皮肤。重建皮肤的技术已经拓展了我们对皮肤生物过程的认识，也用于代替对皮肤进行腐蚀和放射照射筛选的动物实验。细胞株具有的长久性和均质性，使它的应用减少了对细胞供体动物的依赖。应用分子生物学技术对细胞进行修饰还可以改进细胞株的应用。基因改造后的细胞可带有新的生物学特征，如带有人的受体蛋白。用这些细胞可以成为受体一结合实验研究模型，用来进行药物的筛选实验。
细胞培养还经常用于疫苗的生产，如脊髓灰质炎疫苗通常是用猴的肾细胞培养生产的。在荷兰，随着技术的不断改进，生产这种疫苗所用猴子的数量越来越少(表10-1)。
表10-1 荷兰疫苗技术的进步对使用猴数量的影响
2．使用低等动物 在实验中有时使用低等的生命形式，如细菌、真菌、昆虫或软体动物，可以减少脊椎动物的使用量。这种实践的最好例子就是在检测化合物可能引起癌症的致突变性质时，采用细菌代替动物做的检查致癌物质的Ames试验。一些微小的有机体像酵母被广泛地用来作为特定基因表达的载体，这些特定的基因可以编码抗体片段甚至疫苗抗原。转基因植物有时也适合用来进行疫苗生产。另一个用低等有机体的替代方法是进行热原检测微量细菌内毒素鲎的试验检查法(LAL试验)。直到今天，兔仍然是专门用于检测所有非肠道使用药物热原试验的动物，如兔在静脉注射某种物质后体温上升就被认为是热原。在LAL试验，变形细胞裂解液由鲎(马掌蟹)的血液抽提得到，这种裂解液可被一种最重要的热原物质——细菌内毒素转变成胶状体。目前，虽然大量的产品检测由于技术原因还不能完全使用LAL试验，但LAL的应用已经使用于热原检测的兔大量减少。
近些年，用鱼类这种低等的脊椎动物代替热血的脊椎动物，在毒理学、肿瘤学和基因突变筛选、血液等器官疾病方面的研究取得了很大的进展。如培育出的斑马鱼近交品系大量用于基因突变筛选和发育缺陷的研究方面，剑尾鱼在毒理学研究中的应用，减少了高等脊椎动物在这些领域的使用数量。
3．免疫学技术 免疫学技术形成了许多体外方法的基础，在诊断试验、疫苗质量控制和基础免疫学研究方面尤其有用。熟知的技术有酶联免疫吸附试验(ELISA)、血细胞凝集试验和放射免疫试验(RIA)。这些体外检测方法非常灵敏，但有些情况缺乏专一性，如在分辨有关的抗原和抗体时，因此动物实验有时还避免不了。
1975年，Kohler和Milstein通过将抗体生产细胞和骨髓瘤融合形成可传代培养的杂交瘤细胞，在挑选和克隆后，每个克隆的杂交瘤细胞可产出一种抗原专一的抗体，称为单克隆抗体，这就是他们发明的单克隆抗体技术。至今，许多动物尤其是小鼠用来生产单克隆抗体。这些动物通过腹腔注射杂交瘤细胞，由于腹水加大了对腹腔和胸腔内器官的压力，动物是非常痛苦的。现在这个体内生产的过程可以用几种体外技术代替，如用体外发酵系统或空心纤维系统培养杂交瘤细胞，产量和成本方面比起体内的生产方式都很有竞争力。因此，在一些欧洲国家，如荷兰、瑞士、英国都颁布了法规指南，仅有个别的例外，其他的都对用动物生产单抗进行了限制。
4．化学-物理方法 纵观生物医学研究的替代方法，如果没有物理-化学的方法，那是不完整的。这些方法一般用来从一个复杂的多成分混合物中解析它的组成。高效液相色谱(HPLC)就是这类技术中最典型的例子。这类方法代替动物实验的检测是应用在激素质量控制方面。直到最近，许多产品如胰岛素、降钙素和催产素效价的测定都需要动物模型，大量动物被用于这方面的检测。现存大部分具天然结构的激素由重组DNA技术生产，产品品质和纯度都很好。这就使HPLC技术派上了用场。实际上已经有一些激素制剂的效价测定，HPLC被官方指定为必须采用的技术。
5．数学和计算机模型 我们知道，一个化合物的分子结构、物理化学性质以及生物活性之间存在一定的关系。利用这方面的知识预测许多类型新化合物的生物活性是可能的，包括它们的毒性，或通过引入微小的分子结构变化提高药物的药效。当分析一系列相关的化合物时，这种方法也可用来筛选和排序。从大量的后备化合物中按这种方法初筛，然后剩下少量的药物用动物实验来确定。在药物的发现阶段，总是遵循着体外试验和动物实验的过程。但是通过计算机辅助药物设计技术的应用，对药物生物活性的初步筛选后，真正用来做动物实验的化合物就减少了许多。
在有机体内发生的许多过程能用数学方程式表示，即许多生理、生化、病理和毒理过程能建立数学模型。大多数情况下，这些模型是在计算机上建立和使用的，所以这些模型也被称为计算机模型或计算机模拟。生理学基础的药物动力学(PBPK)模型能在有机体生理学参数、药物的物理化学特性、药物可能的代谢这些基础上预测药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄。这一方法还可预测药物作用的体内组织及其可能的药效和毒性。
6．人类模型 大多数由动物实验得到的结果都将推论到人的身上。由于动物和人之间在解剖学、生理学、代谢、药理和毒理反应方面的差别，还有人特有的如眩晕、情绪变化等在动物身上探测不到或很难探测到，因此，由动物身上得来的数据外推到人可能会引起一些问题，这就意味着人类是进行实验和测试的最好研究模型。但是，由于伦理学的、法律的原因，用人类进行这类实验是不可行的。然而，越来越多的情况下人类或他们的组织可正当地作为试验的对象。
越来越多的人类材料用于体外研究实验。例如，人类皮肤和肝脏模型就引起了人们的极大兴趣。器官型的皮肤模型由人类的皮肤组织建立并用于测试和基础研究。由于人类和动物的代谢之间存在极大的差异，因此人类的肝脏用于药品的测试和开发得到的数据更具有说服力。人类血液用来筛选热原的方法正在进行合法化，可能不久就能代替兔试验和LAL试验。其原理是当热原物质加入人类血液中后，白血细胞开始产生一类细胞因子，这些细胞因子可以通过ELISA、生物检测或RNA-探测方法检测到。
7．遥测技术 遥测技术可以从自由运动的动物身上连续测到几个参数。动物体内被装上可以发射电波的测量装置，通过无线接受装置收集数据。装置已经可以测定体温、血压、心率、心电图等。遥测技术在不干扰和不人为引起动物紧张的情况下对一只动物进行长时间连续的测定。此外，这项技术减少了动物的用量和痛苦，是一个很好的方法。
8．分层分析 每一个新的方法对动物实验的替代作用都有限，不能完全将动物实验代替。替代的方法一般将现实的情况简化，对反映事物的全面有所限制。因此，许多替代的方法多用在分步检测方案的开始阶段，在这些方法研究结果的基础上再决定是否或怎样进行下面的研究。下面进一步的研究有可能采用动物实验，也有可能采用其他的替代技术。这种思路就形成了应用一个或多个恰当程序化的分步进行研究的方案，称为分层分析。下面是一个利用分层分析对一种化学物质进行皮肤腐蚀性评价的例子(图10-1)。
图10-1 分层分析的步骤
开始，用计算机模型来评价这个化合物的物理化学性质，如果得到阳性结果，这个化合物就被标为有腐蚀性。如果得到阴性结果，就接着测定其pH，如果其pH在11.5以上或在2.0以下，就被认为有腐蚀性。如果其pH为2.0～11.5，该化合物就用有效的非动物替代模型试验，如果结果仍然是阴性的，则用动物进行进一步的测试。接着这个化合物的皮肤刺激性还要通过眼刺激试验来检验。在这个简单的分层分析方法中，在有必要做动物实验前用了3个预试方法。实际上在药物工业中应用这种分层分析方法可以使实验动物的用量减少50％。
9．其他替代方法 在有些情况下，如教学演示，就可以用从屠宰场得来的器官代替实验动物。此外，像用屠宰场得来的牛眼提供角膜进行眼刺激试验，取代用活体兔进行的Draize眼刺激试验。兔眼刺激试验的有些参数可以用屠宰的鸡的眼离体试验得到。
要完全取代兔眼刺激实验，应找到可以反映这一试验其他方面(如炎症和损伤的恢复)的模型。为了达到这一目标，非动物实验需要扩展到使用其他的方法，如鸡胚绒毛-尿囊膜和细胞培养系统。此外，另一个用屠宰材料替代动物实验的例子是用猪耳检测皮肤刺激和渗透性的试验。
10．储存、交换和共享研究数据 在许多情况下，是否需要进行动物实验都是在以前动物实验结果的基础上决定的。这就意味着正如在其他学科的情况那样，对研究数据容易收集得到是进步的前提条件。没必要重复以前做过而没有多少科学价值的研究。如果这种没必要做的研究是用动物做的，就更没有价值了。因此对于科学家和动物来说，保存相关的数据和容易共用是非常重要的。关于动物实验和替代研究的很多方面的数据库都已建立起来，非常容易得到相关的信息。例如，PREX就是服务器位于荷兰乌特勒之大学关于兽医学和实验动物科学数据库的在线信息。NORINA是关于教学中替代方法的在线数据库。ALTWEB数据库非常重要，可以从这一个地方得到不同类型的信息，如可以得到动物实验的各种替代方法，并且可以和其他信息源进行链接，还包含关于替代研究的杂志和工作报告的电子版。
11．教学中的替代方法 教学目的的动物实验常常可以被替代的方法代替。在教学中，动物实验的目的并不是验证科学的假说，而是一个学习知识发展技能的过程。因此，教学中的动物实验都是重复以前做过的关于一些生物过程和性质的试验。正因如此，这些试验相对容易找到替代的方法。一些特定的替代方法在教学中是行之有效的，如物理化学或三维模型、保留的样品、参与研究工作以及通过音像材料和计算机教学。非介入技术对学生是安全的并且对发展替代方法也是有利的。音像材料是教学中最广泛应用的替代方法，对发展伦理学的价值观非常有利。新的计算机技术在教学中引入了许多不同的替代方法，如互动式的学习程序、模拟、数字化录像和网站。这一技术可以满足许多学习目的。使用多媒体可以演示实验过程和结果，甚至可以做得非常逼真。
动物也常用来训练手上的技巧，这时替代的方法不一定有效。但屠宰场的材料配合模拟血流的装置可以用来训练腹腔镜技术。人工大鼠可以用来训练显微外科技术。
