בשנות ה-90 של המאה ה-19, התגלתה ההשפעה העצומה של תמציות בלוטת יותרת הכליה על רקמות שונות, והוחל בחיפוש אחר המנגנון הכימי של העברת האות ובחיפוש דרכים לנצל תצפיות אלה לפיתוח תרופות חדשות. ההשפעות של תמציות בלוטת יותרת הכליה - כיווץ (הצרת) כלי-הדם והעלאת לחץ הדם - עניינו במיוחד מנתחים, אשר השתמשו בהן לצורך עצירת דימום וכטיפול בהלם. מספר חברות פיתחו מוצרים המבוססים על תמציות בלוטת יותרת הכליה שהכילו חומר פעיל במידות שונות של זיקוק. בשנת 1897, ג'ון אבל (John Abel) מאוניברסיטת ג'ון הופקינס זיהה את החומר הפעיל, אפינפרין, אותו בודד מהתערובת כמלח גופרתי. מאוחר יותר, הכימאי התעשייתי יוקישי טקמינה (Jokichi Takamine) פיתח שיטה להשגת אפינפרין טהור, ורשם את הזכויות על השיטה על שם פארקה דייוויס. פארקה דייוויס שיווק אפינפרין בשם המסחרי אדרנלין. הזרקת אפינפרין הוכחה כיעילה במיוחד כטיפול מיידי בהתקפי אסתמה, וגרסה למשאף נמכרה בארצות הברית עד 2011 (ערפל Primatene). ב-1929 נארז אפינפרין במשאף לשימוש כטיפול נגד גודש באף.
למרות יעילותו, הצורך בהזרקה הגביל את השימוש באדרנלין ולכן חיפשו החוקרים נגזרים שניתן לתת פומית (כלומר, בבליעה). אפדרין, תרכובת הדומה למבנה של אדרנלין (ועוד יותר, לנוראדרנלין), זוהה על ידי כימאים יפנים בצמח מא-הואנג (אפדרה) ושווק על ידי חברת אלי לילי כתרופה פומית לטיפול באסתמה. בעקבות עבודתם של הנרי דייל וג'ורג' ברגר בחברת בורוז-וולקום, סינתז הכימאי האקדמאי גורדון אלס את האמפטמין ובחן אותו בחולי אסתמה בשנת 1929. נמצא שלתרופה השפעה מעטה נגד-אסתמה אבל היא מביאה לתחושות של התרוממות הרוח ודפיקות לב. חברת סמית', קליין ופרנץ' פיתחה משאף אמפטמין נגד גודש באף בשם המסחרי בנזדרין. בסופו של דבר, אמפטמין פותח לטיפול בנרקולפסיה ובפרקינסוניזם פוסט-אנצפליטי, להעלאת מצב רוח בדיכאון ולהתוויות פסיכיאטריות נוספות. ב-1937, איגוד הרפואה האמריקני אישר את האמפטמין כ"תרופה חדשה ולא רשמית" לשימושים אלו. אמפטמין נותר בשימוש נרחב כטיפול בדיכאון עד לפיתוח נוגדני הדיכאון הטריציקליים בשנות ה-60 של המאה-20.
גילוי ופיתוח של ברביטורטים.
ב-1903, פרסמו הרמן אמיל פישר וג'וזף פון מרינג את תגליתם כי חומצה דיאתיל-ברביטורית, הנוצרת מתגובה של חומצה דיאתיל-מאלונית, אוקסי-כלוריד זרחני ואוריאה, משרה שינה בכלבים. הפטנט על התגלית נרשם על שם חברת התרופות באייר, אשר שיווקה את התרכובת בשם המסחרי ורונאל, לשיפור השינה, החל מ-1904. מחקרים שיטתיים לגבי ההשפעה של שינויי מבנה על הפוטנטיות ועל משך הפעולה, הביאו לגילוי הפנוברביטל בבאייר ב-1911 ולגילוי השפעתו כנגד פרכוס אפילפטי ב-2012. פנוברביטל היה בין התרופות הנפוצות לשימוש כטיפול באפילפסיה בשנות ה-70 של המאה ה-20, ונכון ל-2014, נשאר ברשימת התרופות החיוניות של ארגון הבריאות העולמי.
בין השנים 1950–1970 הופיעה מודעות גוברת ליכולת הממכרת של ברביטורטים ושל אמפטמינים, שהביאה להגבלות על השימוש ולפיקוח ממשלתי גובר על נותני המרשמים. כיום, השימוש באמפטמין מוגבל בעיקר לטיפול בהפרעת קשב, והשימוש בפנוברביטל מוגבל בעיקר לטיפול באפילפסיה.
אינסולין.
בסדרת ניסויים שבוצעו סביב תחילת המאה ה-20 נמצא כי סוכרת נגרמת עקב חסרונו של חומר המיוצר בלבלב. ב-1869, אוסקר מינקובסקי וג'וזף פון מרינג מצאו כי סוכרת יכולה להיגרם בכלבים על ידי כריתה של הלבלב. בשנת 1921, פרופסור פרדריק בנטינג הקנדי ותלמידו צ'ארלס בסט חזרו על המחקר ומצאו כי הזרקות של תמצית לבלב תיקנו את התסמינים שיצרה כריתת הלבלב. תוך זמן קצר הודגמה פעולת התמצית אצל בני אדם, אבל פיתוח של טיפול באינסולין כטיפול שגרתי נתקל בקשיים בייצור חומר בכמות מספקת ובמידת ניקיון אמינה. החוקרים ביקשו סיוע ושיתוף פעולה של אנשי חברת אלי לילי ושות' לאור ניסיונה בזיקוק בקנה מידה גדול של חומרים ביולוגיים. הכימאי ג'ורג ' וולדן מאלי לילי מצא כי התאמה זהירה של חומציות התמצית איפשרה זיקוק אינסולין ברמה יחסית טובה. תחת לחץ של אוניברסיטת טורונטו, ופוטנציאל למלחמת פטנטים מול מדעני אקדמיה שפיתחו שיטת זיקוק דומה באופן עצמאי, הושג הסכם לבלעדיות-ייצור של אינסולין על ידי מספר חברות. לפני הגילוי והזמינות הנרחבת של אינסולין, תוחלת החיים של חולי סוכרת הייתה רק חודשים ספורים.
מחקר אנטיביוטי מוקדם: סאלברסאן, פרונטוסיל, פניצילין.
הפיתוח של תרופות לטיפול במחלות זיהומיות היה מוקד מרכזי של המחקר ומאמצי הפיתוח המוקדמים; ב-1900, דלקת ריאות, שחפת ושלשולים היו שלושת הגורמים המובילים למוות בארצות הברית, התמותה בשנה הראשונה לחיים עלתה על 10%.
ב-1911 פיתחו פול ארליך והכימאי אלפרד ברטהיים מהמכון לטיפול ניסיוני בברלין את הארספנמין (arsphenamine), התרופה הסינתטית הראשונה נגד זיהום. התרופה כונתה בשם המסחרי סאלברסאן. ארליך, ששם לב הן לרעילות הכללית של ארסן והן לספיגה הברירנית של צבעים מסוימים על ידי חיידקים, שיער כי צבעים כאלו המכילים ארסן יוכלו לשמש לטיפול נגד זיהומים חיידקיים. ארספנמין יוצר כחלק מיוזמה להפקת סדרה של תרכובות כאלה, ונמצא כי יש לו רעילות בררנית ( Selective Toxicity ) באופן חלקי. ארספנמין הוא הראשון שהוכח כטיפול יעיל נגד עגבת, מחלה אשר לפני כן הייתה חשוכת מרפא, והובילה באופן בלתי נמנע לכיבי עור חמורים, לנזק מוחי ולמוות.
גישתו של ארליך, שינוי שיטתי של המבנה הכימי של חומרים סינתטיים ומדידת ההשפעות של שינויים אלה על הפעילות הביולוגית, הומשכה באופן נרחב על ידי מדעני התעשייה, כולל מדעני באייר ג'וזף קלרר, פריץ מיצש וגרהרד דומק. עבודה זו, שהתבססה גם על בדיקות של תרכובות זמינות מתעשיית הצבע הגרמנית, הובילה לפיתוח של פרונטוזיל (Prontosil), הנציג הראשון של האנטיביוטיקות מקבוצת הסולפונאמידים (sulfonamide). לעומת הארספנמין, לסולפונאמידים תחום רחב של פעילות והם הרבה פחות רעילים, מה שעושה אותם שימושיים גם כנגד זיהומים הנגרמים על ידי סטרפטוקוקים. ב-1939 קיבל דומק פרס נובל לרפואה על גילוי זה. עם זאת, הירידה הדרמטית במספר מקרי המוות ממחלות זיהומיות שהתרחשו לפני מלחמת העולם השנייה הייתה בעיקר תוצאה של שיפור אמצעים בריאותיים ציבוריים, כגון מים נקיים ודיור פחות צפוף, בעוד ההשפעה של תרופות אנטיביוטיות ושל חיסונים הייתה משמעותית בעיקר לאחר מלחמת העולם השנייה.
בשנת 1928, גילה אלכסנדר פלמינג את ההשפעות האנטיבקטריאליות של פניצילין, אבל ניצולן לטיפול במחלות אנושיות המתין עד לפיתוח שיטות זיקוק וייצור בקנה מידה גדול. אלו פותחו על ידי התאגדות של חברות התרופות שהובילו ממשלות ארצות הברית ובריטניה במהלך מלחמת העולם השנייה.
החיסונים המוקדמים.
במהלך תקופה זו, חלה התקדמות התחלתית לקראת פיתוח חיסונים, בעיקר בדרך של מחקר בסיסי אקדמי או במימון ממשלתי, שהופנה לזיהוי של מחוללי-מחלה האחראים למחלות מידבקות נפוצות. בשנת 1885 יצרו לואי פסטר ופייר פול אמיל רו את חיסון הכלבת הראשון. חיסוני הדיפתריה הראשונים יוצרו בשנת 1914 מתערובת של רעלן דיפטריה ואנטי-טוקסין (מופק מנסיוב של בעלי חיים שהודבקו), אבל בטיחות החיסון הייתה גבולית ולא נעשה בו שימוש נרחב. בשנת 1921 נרשמו בארצות הברית 206,000 מקרים של דיפתריה וכתוצאה מהם 15,520 נפטרים. בשנת 1923, במקביל למאמצי גסטון רמון ב"מכון פסטר" ואלכסנדר גלני ב"מעבדות מחקר וולקום" (מאוחר יותר חלק מ-GlaxoSmithKline), הובילו לגילוי כי חיסון יכול להיות בטוח יותר על ידי טיפול ברעלן-הדיפטריה עם פורמלין. ב-1944, מוריס הילמן מחברת התרופות סקוויב פיתח לראשונה חיסון נגד דלקת מוח יפנית. מאוחר יותר, עבר הילמן לחברת מרק, שם שיחק תפקיד מפתח בפיתוח חיסונים נגד חצבת, חזרת, אבעבועות רוח, אדמת, צהבת A, צהבת B ודלקת קרום המוח.
תרופות מסוכנות ותחילת אסדרת התעשייה.
לפני המאה ה-20, תרופות יוצרו בדרך כלל על ידי יצרנים בקנה מידה קטן ועם מעט חקיקה אסדרתית על הייצור או על טענות בטיחות ויעילות. כאשר חוקים כאלה היו קיימים, אכיפתם היה רפה. בארצות הברית, הדרבון לרגולציה מוגברת של חיסונים ושל עוד תרופות ביולוגיות, נוצר בארצות הברית מהתפרצויות טטנוס וממקרי מוות שנגרמו על ידי הפצה של חיסוני-אבעבועות-שחורות ונוגדני-דיפטריה שהיו מזוהמים. חוק הפיקוח הביולוגי מ-1902 קבע כי יידרש אישור ממשלה פדרלי טרם שיווקה של כל תרופה ביולוגית וכן יידרש אישור עבור התהליך ומתקן הייצור של תרופות כאלו.
בשנת 1906 התווסף בארצות הברית גם חוק התרופות והמזונות הנקיים, אשר אסר על הפצה בין-מדינתית של מזון ותרופות קלוקלים או מזויפים. תרופות הוגדרו כמזויפות אם הכילו אלכוהול, מורפיום, אופיום, קוקאין, או כל חומר אחר העלול להיות מסוכן או ממכר, ואם התווית שלו איננה מציינת את כמותם או שיעורם של חומרים כאלו. עם זאת, בפסיקת בית המשפט העליון נידחו ניסיונות ממשלתיים להשתמש בחוק גם כדי לתבוע יצרנים על טענות-יעילות שאינן מבוססות.
בשנת 1937, מעל 100 אנשים מתו לאחר בליעת "אליקסיר סולפנילאמיד" שיוצר על ידי חברת S.E. Massengill של טנסי. המוצר הוכן עם דיאתילן גליקול, שהוא ממס רעיל מאוד הנמצא כיום בשימוש נרחב כחומר נגד קיפאון. על פי החוקים שהיו בתוקף באותו זמן, התביעה של היצרן התאפשרה רק בסעיף טכני, כי המוצר נקרא "אליקסיר", אשר משמעותו מומס באתנול. בעקבות אירוע זה, אישר הקונגרס האמריקאי את חוק המזון, התרופות והקוסמטיקה של 1938, אשר בפעם הראשונה דרש הוכחת בטיחות לפני מכירת התרופה וכן אסר במפורש על טענות-יעילות כוזבות.
השנים שאחרי המלחמה, 1945-1970.