观察.根据一些细胞水平上的变化，可以推测出特定分子在分子水平上的作用机制。比如，在使用抗生素后，如果细菌变成了原生质球，便可推定抗生素的作用机制是抑制肽聚糖或β-葡聚糖等细菌细胞壁成分的合成。如果细菌形成了丝状体，则可推测抗生素的靶点是细菌的DNA或FtsZ蛋白。如果肿瘤细胞经过化疗药物处理后，能在显微镜下观察到结构的形成，可推测这种化疗药物的靶点是肿瘤细胞的细胞膜。这种方法比较耗费时间和人力，不过现在一些软件能帮助提高显微镜观察方法的效率。
生物化学方法.可以通过亲和纯化的方法