有人把医学的发展大体分为四个阶段，玄学阶段、经验医学即描述医学阶段，实验医学阶段和理论医学阶段。当然这只能说是概括的划分，其间的重叠交叉是难免的，不能绝对化。

由于人类早期对自然现象认识能力的限制，最初医学只能是玄学的，而经验医学延伸的时间很长。在人类发展的早期就存在一个如何与疾病斗争的问题。最初在既无医又无药的情况下，除了一些迷信方法外，人们最早尝试的方法可能是利用天然存在的各种动、植物资源来治病，有些可能成功，有些可能失败，由于当时人们活动局限于某一地区，所以这时医学完全是建立在经验的基础上。当时医学发展只能靠师承口授，在这个阶段，人类为医学发展是付出了代价的，有一些人在治疗过程中因中毒而死亡。随着人类文化发达就要求系统地辩认哪些动植物可以用来治疗病，哪些是有毒的，于是我国就出现了“神农尝百草”的故事。从神农到李时珍，他们研究的方法基本类似，或是根据以往的临床实践或是亲身试验。他们积累了大量的宝贵经验，为医药的发展做出了杰出贡献。但这种实验方法是手工业式的，它既费事又危险。从我国秦汉的“神农本草”记载的369种药物到李时珍“本草纲目”的1892种药物耗费了一千多年的时间。现在世界上一年新合成的化合物近十万种。即使可以找到这么多自愿受试者，它的代价也高得令人不能接受。一些剧毒化合物，它们仅需要几十微克就足以迅速致命，谁也不会主张人们试尝一下，这种局面就强迫我们不得不用动物来代替人进行试验。事实上，不论在中国或西欧，人们早就用动物来试验一些药物的毒性。这可以看做是基础医学发展的第一个阶段——被迫发展与不自觉发展的阶段。

自二、三世纪起，盖凌（Calen）的学说统治欧洲医学一千多年，其错误和问题很多，但一直拖到中世纪还没有完全改正和解决。中国医学则从纪元前几个世纪即开始了经验医学，并影响到整个中国及远东地区。祖国医学因有自己的理论，自成体系而流传不衰，但缺乏实验研究的推动，所以发展速度也就比较慢。随着文化发展，人们认识到要治疗疾病，除了研究药物外，还必须对人体有所认识，因此在16、17世纪开创了实验医学，近代医学才逐渐发展起来。在西欧促进了解剖学的发展，安·维萨列斯（Andreas　Vesalius）根据人体解剖的直接观察，出版了《人体解剖》巨著，对解剖学作出了不可磨灭的贡献，从而使人们能从人体实际结构来认识、治疗疾病，比以前大大进步了。长期零散的实验也使人们认识到不同动物、同一动物在不同情况下对某一药物反应很不一样，这就促进了人们根据试验的目的，有意识地控制试验条件，以便对实验的结果进行合理的分析，得出正确结论。17世纪初期威廉·哈维（William　Harvey）和斯蒂芬·哈尔（Stephen　Hale）用蛙、蛇等动物进行了血液循环的研究，第一次证明循环系统是一个密闭的系统，把动物实验提高到成为一门科学的水平，为生理学创建了实验方法及性质。以后随着化学、物理、显微镜及其它工具的发明创造；动物实验在医学各个领域中的广泛应用，实验医学得到了更快的发展。其中最著名的实验医学家如法国的克罗德·班纳（C•Bernard）、麦仁地（Majendie）的生理学药理学实验、德国的斯奈登（S•Chleiden）和斯旺（Schwann）的细胞观察、法国的路易·巴斯德（L•Pasteur）和德国的罗伯德·柯霍（R•Koch）的细菌、病毒及疫苗的发明和维尔啸（R•Virchow）的细胞病理学。他们的基础医学研究为今日临床医学奠了基，做出了决定性的贡献。

19世纪末期至本世纪50年代，医学科学工作者利用其它科学成就，努力创造新的技术与理论，形成了基础医学的繁荣昌盛时期，也即是医学逐渐上升为理论阶段的时间。50年代之后，世界上许多临床医生、医疗单位都把注意力及科研力量投入到基础理论研究中去，因而临床及基础的分科得以越来越细，学科间互相渗透，互相交叉，导致了边缘学科和新学科的出现。例如内科分出了心血管、内分泌、呼吸、神经精神病等，外科分出了血管、心脏、泌尿、脑系、创伤、烧伤等；药理学分出了神经药理、生化药理、酶药理、多肽药理、分子药理、膜受体药理等等。分出的学科往往是多学科的交叉，不但理论互相渗透，实验技术更是彼此不分，互相借助。以神经生理学为喻：除微电极、显微操纵器及微电位记录和测定为其本身的特点外，利用电子显微镜、萤光染色显影、放射自显影以观察形态；利用放射免疫法、同位素示踪法、微电泳法、气相质谱仪等以测定各种化学变化；利用药物的膜受体原理及各种刺激、各种药物、神经阻断剂、受体兴奋剂等以探测神经细胞的冲动传导和递质及营养物质的运输和储藏。这里必须明确指出，凡此种种实验方法和尖端技术绝大部分是通过在实验动物身上来进行医学各个领域不同方面问题研究的。特别是50年代后发展了近交系、突变系、F1动物、无菌动物、悉生动物、SPF动物等后，实验动物在医学研究中应用更加深入广泛。根据国际上有的部门统计，世界上生物医学研究论文的60%以上是采用实验动物来进行的。以实验性科学为主的学科如生理学、病理生理学、药理学等绝大部分论文是采用动物实验来完成的。由此可见，动物实验在医学的发展过程中起着极其重要和推动性的作用。