由于生物學研究普遍存在的個體差異,要取得精確可靠的實驗結論必須進行科學的實驗設計,因此必須遵循以下基本原則。
1、對照原則(control)
對照是比較的前提，為消除無關因素對實驗結果的影響，實驗中必須設立對照組，保證實驗結果的可比性和實驗結論的正確性，對照應符合齊同可比的原則，除試驗藥物和處理的差別外，實驗動物要求性別、年齡相同，體重相近，實驗室溫度的把控要一致，還需相同的操作手法，根據實驗研究的目的和需求不同，常有的對照方法有正常對照、陽性對照、陰性對照、自身對照等。
在一些涉及免疫學或者抗體的實驗時，往往需要添加同型對照（Isotype control），或者說同型抗體對照。同型抗體是指和實驗組的一抗具有相同動物來源（小鼠等）、相同抗體類別（IgG1、IgG2、IgG4等）的非特異抗體。例如下圖我們百奧賽圖將IgG4抗h4-1BB抗體注射到純合的h4-1BB小鼠中。在給藥第14和21天收集血樣，并通過血液生化測試進行分析。
給藥第14天后，兩組之間的ALT和AST濃度無顯著差異。給藥第21天后，與對照組（G2）相比，大劑量Urelumab（G3）治療后ALT濃度顯著增加，但各組之間AST濃度沒有顯著差異。
2、隨機化原則(randomization)
隨機化（randomization）是指按照機遇均等的原則進行抽樣或分組，使各受試對象被分配到各組的機會均等，而不受主觀因素的影響。其目的是使一切干擾因素造成的實驗誤差減少，而不受實驗者主觀因素或其他偏性誤差的影響。
1）單純隨機：所有個體（動物）完全按隨機原則抽樣分配，是最簡單、最基本的抽樣方法，不考慮樣本之間的任何關系，完全隨機的依次抽取樣本，此法在藥理學中較少應用；
2）均衡隨機：首先將易于控制且對實驗影響較大的因素作為分層指標，人為的使各組在這些指標上達到均衡一致，再按隨機原則將個體分配在各組中，爭取在年齡、性別、病情輕重等的構成比上基本一致。此法在藥理學中常用。
例如動物實驗隨機化的方法有抽簽法、甩尾法、隨機數字表等。將n個受試對象編號，并按照腫瘤大小排序，平均分成5組，受試對象可按照甩尾的方式進行分組，每組6個樣品，爭取在隨機原則情況下，指標可達到均衡的效果。
表格為甩尾法
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3、重復原則(replication)
重復是指能在相同的條件下，要把實驗結果重復出來，受試對象的樣本數或實驗次數要達到一定的數量，需在相同實驗條件下進行多次研究或多次觀察，最后的實驗結果才能具有一定的可靠性。
1）除了重復數的數量問題外，還應重視重復數的質量問題，要采用精密、準確的實驗方法，以減少實驗誤差。例如動物的品種、體重、年齡及性別；藥物的濃度、劑量及質量；儀器的靈敏度、精確度及穩定性；此外還有室溫、季節及氣壓的把控。
2）實驗結論的重現性與可靠性同實驗例數也相關，實驗質量越高、誤差越小、所需例數越小，但也不能少于“基本例數”。
實驗設計的基本要素
目前藥理學試驗設計共有三大要素：處理因素、實驗對象、實驗效應，通過這些要素來確保研究項目的順利完成。
1、實驗中根據研究目的而定，由實驗者人為施加給受試對象的因素稱處理因素，如給病用藥物、給病人實行某種手術等；
2、實驗對象的選擇非常重要，對實驗結果有著極為重要的影響，通過藥理學的實驗學習新藥研究的方法，如利用整體動物、病例模型動物、麻醉動物、生物體離體器官、組織、細胞、生物分子等實驗培養等研究，在嚴格控制的條件下，觀察各項指標。
3、實驗效應-指標
指標分類及統計方法：計數指標（定性指標）、計量指標（定量指標）
實驗設計的內容
實驗設計的內容是驗證實驗真理的核心部分，其中的每一項都不可或缺，主要體現在幾個方面，包括前期的目的及意義、材料及試劑的準備、實驗對象的選擇、實驗方法需要謹慎操作，最后的數據處理及統計分析尤為關鍵。
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本文參考2010年5月由北京大學醫學出版社出版的《藥理學實驗》。
參考資料
[1] http://www.sohu.com/a/271080392_464444
[2] http://www.doc88.com/p-6146486911140.html
[3] http://m.sohu.com/a/252206426_99925148/
[4] https://max.book118.com/html/2018/0808/5300131202001304.shtm
[5] 常福厚，韓瑞蘭，楊玉梅. 藥理學實驗，北京大學醫學出版社