毒理学的研究方法包括实验动物整体（体内)试验、体外试验、受控的人体试验和人群流行病学研究。
1.实验动物整体试验
又称体内试验，是毒理学的标准研究方法，以整体实验动物为模型，研究实验动物接触外源化学物后产生的毒效应，动物试验的结果可外推至人。动物试验可严格控制接触条件，可检测多种类型的毒作用。实验多采用哺乳动物（啮齿类和非啮齿类)，个别情况下，也采用水生生物和鸟类等。
2.体外试验
利用游离器官、培养的细胞或细胞器进行毒理学研究，医学,全 在线.提 供www.med126.com在化学物的毒性筛选以及毒作用机制的研究方面具有很大的优越性。体外试验系统缺乏动物的体内的毒物动力学过程和整体调控，并且难以观察慢性毒作用。
3.人体观察
必要时可设计和进行不损害人体健康的受控的实验，但仅限于低浓度、短时间的接触，并且毒作用应有可逆性。
4.流行病学研究
对于在环境中已存在的外源化学物或偶然发生的意外事故，可对人群进行流行病学调查。流行病学研究的结果对确定对人体的损害作用具有重要的价值。利用流行病学方法不仅可以研究已知环境因素对人群健康的影响（从因到果)，而且还可对探索已知疾病的环境病因（从果到因)。但流行病学研究干扰因素多，测定的毒效应还不够深入，有关的生物学标志还有待于发展。