优化药代动力学性质，是药物设计的重要内容之一。通过结构改造或分子设计优化药物的吸收与分布，能够突破国外专利保护药。一般来说，对药代动力学性质的优化，不涉及药物的基本结构，因此，成功的几率较高，有可能以最小的成本，获得具有自主知识产权的药物。根据代谢研究的结果，进行结构优化，实现药代性质的可预测性或可控性，减少个体差异和药物相互作用。

先导物或药物

代谢物作为药物起效更快(本身即为活性形式)、作用更强或副作用更小、药物相互作用小（毋需进一步代谢）。如从特非那定到非索那定，氯雷他定到Desloratadine，阿司咪唑到降阿司咪唑，西沙必利到降西沙必利.

前药或软药

提高生物利用度

靶向释放：利用靶组织或靶器官特有的酶或pH的差异，实现前体药物的定位水解，以提高作用的选择性。

抗肿瘤药物研究中的酶-前体药物疗法：将酶（体内没有）选择性投放（抗体导向或受体靶向）或表达（基因靶向）于靶组织，前体药物水解，释放细胞毒药物分子。

改善生物利用度

设计软药，实现可控代谢，如降糖药瑞格列奈和那格列奈的设计，起效快，药效时间短，能够有效控制餐后血糖的升高，同时避免低血糖和肥胖的副作用，更生理性地调节血糖水平，被称为象胰岛一样思考的药物。

延长作用时间

根据药代动力学的研究结果,封闭药物代谢位点,阻断不利的药物代谢。如苯环上氟取代以阻断苯环上不利的代谢事先引入代谢基团, 如羟基等，提高药物活性或加快起效时间。

计算机辅助

药代动力学筛选

临床前药代动力学的评价已经越来越早的介入药物开发研究的过程：

体外药效学-体内药效学-安全性-药代动力学

体外药效学-药代动力学-体内药效学-安全性

与高通量药效学筛选技术的发展相似，高通量药代动力学筛选的方法也正在建立，并得到应用。同样，为了提高药物设计的科学性，发展了计算机辅助虚拟筛选技术，建立和优化模型 ，通过模型进行虚拟筛选，如降脂新药Enzetimbe的发现。药代动力学的虚拟筛选技术也已经受到药物化学家的重视。