1．体外培养技术
体外培养包括器官培养、组织培养和细胞培养。器官培养是指用和组织培养相似的条件，培养器官的原基、器官的一部分或整个器官，使之在体外生存、生长和保持一定功能的方法。如应用重建的皮肤作为动物实验的一种替代方法，研究皮肤腐蚀和刺激物筛选。细胞培养是用类似条件在体外培养单个细胞或单一性细胞群，使之在体外生存、生长和繁殖的方法。细胞在培养中的生命活动和体内细胞一样，仍然是相互依存的，呈现一定的组织特性。所以组织培养和细胞培养并无严格的区分。
长期以来，科学家把细胞培养看作是动物实验最有希望的替代载体。如利用体外培养的人巨噬细胞测定病毒的复制能力、了解病毒毒力的强弱，为弱毒株的筛选和疫苗制备提供数据。用细胞替代动物进行有关实验，更容易对实验条件实施控制，减少影响因素，结果解释比较容易，使实验简单化。但生命活动在一个简单系统中发生的反应并不全部与整体动物中某一组织器官的反应性相同，因而这种简单化也可能成为它的一个弱点，对此应该有足够的认识，这也是将从实验中获得的数据外推到人类的一个很大的障碍。
另外，细胞作为一种均质、可靠的生产原材料，它们的应用也可降低生物制品等生物技术产品在生产时对动物的依赖，减少动物的使用量。
2．低等生物的利用
在某些情况下，使用低等生物，如细菌、真菌、昆虫、软体动物或水生动物，可以减少高等动物的使用量。如斑马鱼繁殖能力强，受精是在体外进行，受精后24小时内胚胎就已长出主要的组织器官，胚胎透明，便于观察其发育状况。因此，斑马鱼不仅成为发育生物学研究的重要模式动物之一，而且也愈来愈多的被用于环境污染监测和药物安全性评价。细菌内毒素试验作为家兔热原质检查的替代性体外试验技术，在许多国家已写入检验规程，而全血实验已取得较好的结果，目前正在验证之中。在Ames试验中，使用细菌来筛选具有诱变特性的新化合物也是一个实例。像酵母这样的微生物，已被广泛用做特异性基因的表达载体。如果这个特异性基因是抗体片段或疫苗抗原的编码，通过这种分子生物学技术可以替代常规抗体制备和疫苗生产的方法，减少动物的使用量。
3．单克隆抗体（McAb）的研究
McAb不仅在医学诊断和治疗中，而且在基础性研究方面应用愈来愈广泛。McAb不仅解决了常规免疫方法制备的多克隆抗体非特异性的问题，而且显著地减少了为获得足够量的抗体需要免疫大量的动物。但随之而来的问题是，在McAb制备时仍需要一定数量的动物，特别是小鼠。利用动物制备McAb这一传统方法存在许多问题，如动物的适合性、动物的预处理、杂交瘤细胞生长的不可预测性和小鼠腹水中其他蛋白成分的污染等。同时由于腹水增多压迫腹腔和胸腔的器官，也给小鼠造成极大的痛苦和严重的伤害，因而引起人们在动物伦理方面的关注。
目前，多数欧洲国家（如，荷兰、瑞典、英国）已经发布了有关McAb生产指南，规定除极个别情况外，限制使用动物进行McAb的生产。为解决这一问题，目前已有多种体外技术可被利用。例如，培养杂交瘤细胞的体外发酵系统和中空纤维系统。通过体外系统的改进，现已大批量生产McAb。如何提高产量和McAb的效价，则是科学家进一步研究的课题。
4．生物物理或生物化学替代方法的研究
利用一些物理和化学的方法作为替代性载体来替代动物实验，在生物医学研究中已有应用，如某些激素质量检验以及像胰岛素、降钙素和催产素这类产品的效力实验中，HPLC已取代了动物实验。在菌苗生产过程中，应用亲和层析技术检测毒素和类毒素，这种方法不仅特异性好、快速，而且可以定性定量。由于整个系统为程序控制，使得重复性好。它与小鼠中和实验的结果相关性非常显著。
在美国，科学家利用免疫学原理，研制出可以检测单个细菌或病毒的高精度生物探测器。此原理已在很多生物传感器中得到了应用。
5．数学模型和计算机模拟
通过对化合物结构与它们可能具有的生物学活性两者之间关系的研究，利用计算机定向设计出新的化合物，或有目的的寻找那些最能与作用受体互补的结构基团，大大缩短新药研制开发的周期。利用这一知识，还可以预知许多新型化合物的生物学活性，包括它们的毒性，或通过研究使它们的分子结构发生微小变化而改变药物的作用效果，减少盲目进行大量化合物筛选的动物实验，从而大大减少实验动物的使用量。
科学家根据许多生命活动过程可以用数学公式来表达这一原理，利用计算机建立起许多生理生化、病理和毒理过程的数学模型，如以生理学为基础的药代数学模型，根据有机体的各项生理参数、药物的化学特性和它的代谢潜力，对一个药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄做出预测，利用这种方法可以预测药物可能作用的靶组织以及对这些靶组织可能发挥的药效和产生的毒性，从而替代大量的动物实验初期筛选过程。
6．转基因动物的研究与应用
利用分子生物学技术将外源基因导入动物染色体基因组，能与其整合并可以表达和传与后代而建立的转基因动物，无论是在畜牧业的动物育种、改良和繁殖，基础医学的生物发育中基因表达调控机制的研究，还是在医药工业的器官移植、基因治疗、人类疾病动物模型和生物反应器等方面均已得到广泛的应用，特别是在医药学研究领域，由于转基因动物携带有特定基因而具有的特定功能，它的应用可以大大减少动物的使用量，还可替代高等动物。如携带有脊髓灰质炎病毒受体的转基因小鼠（TgPVR）替代灵长类动物，进行脊髓灰质炎病毒疫苗的神经毒试验（安全性试验），从而解决了灵长类动物来源困难、动物标准化程度低和使用管理方面隐含的一系列问题。需要注意的是转基因动物制作和应用引发的实验动物福利和伦理问题。
7．人类“自体模型”
由于人与动物在解剖、生理、代谢、生物运动学、药理和毒理反应方面存在着差异，因而将动物实验结果外延到人时会产生许多问题，而利用人体或来源于人体的组织进行试验则可以避免种间外推的问题。如在热原质检测方面，科学家正在研究用人血体外试验来替代家兔体内实验和LAL体外实验。另外，在人类可以出现的某些反应，如头晕、情绪的变化等在动物即检查不到，或出现的频率极低以至于无法检测到，通过志愿者在很大程度上可以解决这些问题。
利用“人类模型”进行有关研究时，应注意法律约束、社会舆论和伦理方面的问题，并受到人类材料来源以及标准化的困扰。
8．“部分替代”思路和技术的实施
有时仅采用一个新的程序，并不能完全替代动物实验，更多的是如何将已有的动物实验方法简单化，但这并不是在所有方面都适用的。正是由于这一原因，在检验过程中的某一阶段或某一步骤中使用替代方法则引起科学家的关注。在利用替代方法进行研究所得到的实验数据的基础上，再决定随之要做的动物实验是否进行，以及如果要进行的话，是使用动物还是使用其他替代模型。这种研究思路可以推动替代方法在更大的范围内得到使用，避免了因不能全部替代动物实验而使替代方法被放弃的尴尬局面。
在化学药品皮肤腐蚀性评价试验中就是采用这一研究思路。首先利用计算机模型（替代方法）对待测物的化学性质做出评价。如果得到阳性结果，就可把它列为对皮肤有腐蚀性的一类；如果得到阴性结果，可以对pH值进行测定（替代方法）。如果pH在2.0～11.5之间（无腐蚀性），可以用一只动物再作测定来证明。接下来可以测定对皮肤的刺激性，然后再做眼刺激性试验。这是一个“部分替代”思路和技术在实际检验中应用的典型实例。
9．其他替代方法
在教学演示方面，从屠宰场获取牛的眼角膜，可作为一种体外眼刺激试验的替代物，替代常规毒性实验中Draize兔眼刺激性实验，减少动物使用量。利用鸡眼也完全可以模拟出Draize兔眼刺激实验的一些参数。如果要模拟兔眼刺激试验中发生的炎症反应和损伤恢复，完全可以利用鸡胚绒毛尿囊膜试验（HET-CAM）这一体外培养系统替代。另外，利用从屠宰场获得的猪耳也可用于皮肤刺激试验和皮肤通透性实验。
遥测技术能够对自由活动的动物多个参数进行不间断的测定。在动物体内安装一个微型测量仪，它能将生命活动过程中所表现出的一些常数通过向无线发报那样传到体外接收器上，由此读出各种所需要的生理参数。实验数据客观准确，不需要杀死动物，待动物测定完成后还可用于其他试验，使研究用动物的使用量减少。
利用Vero细胞建立的空斑实验，可以替代TBE、乙型脑炎、狂犬病疫苗质量检定中的小鼠实验。将病毒接种、吸附后，羧基甲基纤维素-细胞培养液半固体混合液覆盖，4天后，去除覆盖物，用结晶紫染色的方法，显示蚀斑的形成。通过计数，得出pfu/ml。此方法的重复性好，不易受其他因素的干扰，可检出0.1pfu/ml，敏感性比动物实验高400倍，减少实验动物的使用量。在疫苗质量检定中，分子生物学技术作为动物实验的替代方法也是一个研究方向。
此外，免疫鸡，从卵黄液中提取的抗体（IgY）可标记FITC、HRP和Biotin等，用于免疫学实验。这种方法不仅可以获得大量的抗体，而且还可减轻常规免疫方法给动物造成的痛苦，减少动物的用量。
