ניסוי בחיית מודל עשוי להיות פשוט יותר מבחינה טכנית מאשר ניסוי בחיה או באדם שאותם המודל מדמה, ונחשב לאתי יותר מניסויים בבני אדם ובבעלי חיים הנתפסים כבעלי תודעה מפותחת יותר מזו של אורגניזם המודל. ניסוי בשמרים או תולעים, למשל, אינו גורם סבל לבני אדם או לפרות ואינו מונע טיפול רפואי מאנשים בקבוצת הביקורת. מעבר לזאת, להרבה ניסויים בבני אדם קשה למצוא מדגם גדול ומייצג וקשה גם לערוך ניסויים בבני אדם בתנאי מעבדה של ממש, משום שאלו מחייבים שכל המשתתפים בניסוי יתחילו ויסיימו את הניסוי באותו תאריך, שיחיו באותה סביבה, יאכלו אותו מזון ושלא יקבלו שום טיפול רפואי אחר בבעיה הנחקרת.
מהלך הניסוי וגודל המדגם.
בניסוי בבעלי חיים יש על פי רוב קבוצת ניסוי וקבוצת ביקורת, הדומות ככל האפשר זו לזו בפרמטרים חיצוניים (כגון מין, גיל ומשקל). החוקר משנה ביוזמתו ובאופן דרסטי אצל קבוצת הניסוי גורם אחד הקשור בתופעה הנחקרת, כששאר הגורמים נותרים ללא שינוי. בעקבות זאת, אם נצפה הבדל בין שתי הקבוצות, ניתן לומר שיש סבירות גבוהה שסיבת השוני היא הפעולה שאותה עשה החוקר. ההבדל בין התוצאה הנצפית בין שתי הקבוצות צריך להיות בעל מובהקות סטטיסטית, ולכן הגודל הדרוש לקבוצות תלוי בהבדל שהניסוי צפוי לחולל בהן. אם, למשל, המדד על פיו מוערכת התוצאה הוא משקל החיה, ניתן להשתמש במדגם קטן יותר בניסוי שבו צפוי הבדל משקל ממוצע של חמישים אחוז בין קבוצות, מאשר בניסוי שבו צפוי הבדל משקל של עשרה אחוז.
מיני בעלי החיים שבמעבדות.
מכלל החולייתנים המשמשים כאורגניזם מודל למחקר מדעי, מעל ל-50% הם עכברים. חולייתן המודל השני בתפוצתו הוא החולדה. שאר מני החולייתנים מהווים ביחד כרבע מחולייתני המודל. בניסויים בתחום הביו-רפואי, החולייתן הנפוץ ביותר הוא העכבר.
במחקרים הנעשים בפסיכולוגיה, נעשה שימוש רב בחולדות אם כי גם ביונקים רבים אחרים. ניסויים בפסיכולוגיה הנעשים ביונקים אחרים עשויים להיות ניסויים בתפיסה הכוללים ניתוחים עדינים ודורשים יונק עם מוח גדול יותר משל החולדה וניסויים הדורשים יונק שדומה לאדם יותר מאשר החולדה. ניסויים בקופי רזוס נעשים כאשר מבקשים לחקור תכונות או חלקים של מערכת העצבים האנושית שאינם דומים לאילו של המכרסמים. זאת משום שמערכת העצבים של הקופים דומה יותר לזו של האדם. הדבר נכון גם לגבי התנהגות אנושית, למשל, במחקרים רבים על חסכים בהורות הנעשים על גורי קופים שנותקו מאימםובמחקרים על התנהגות הורית לא נאותה. קופים אף משמשים את המחקרים בנושאים של יחסים חברתיים.
נושאי המחקרים.
ניסויים בבעלי חיים מתבצעים במסגרת מחקרים בביולוגיה, במדעי הרפואה, בפסיכולוגיה, באיכות הסביבה (כולל פיתוח חומרי הדברה, בדיקת יעילותם ורעילותם) ובטכנולוגיה (כולל פיתוח כלי נשק, ניסויים בשימוש בבעלי חיים כאמצעי לחימה), מוצרי ותוספי מזון, קוסמטיקה (ראו הרחבה בערך על ניסויים בבעלי חיים בתעשיית הקוסמטיקה) וחומרי ניקוי.
מחקרים בהביוריסטים בבעלי חיים נערכים מזה מעל מאה שנים, למטרות שונות כגון בדיקת יכולות קוגניטיביות של בעלי חיים, דרכי התקשרות ביניהם, וכן לצורך הקשה מהתנהגות בעלי חיים להתנהגות אנושית. דוגמה בולטת למחקר שלווה בניסויים הוא מקרה הנס החכם, אשר הוביל לפריצת דרך בהבנת ההתנהגות האנושית והתנהגות בני אדם, וכן קבע סטנדרטים לביצוע ניסויים בכלל ושיטות כגון סמיות כפולה.
שחזור ניסויים לצורך הוראה ותרגול.
לימודי רפואה וטרינרית כוללים ניסויים רבים בבעלי חיים בצד תרגול פרוצדורות רפואיות עליהם. ניסויים נעשים גם בלימודי פיזיולוגיה, בלימודי אנטומיה, ביולוגיה ועוד.
בישראל, חוק צער בעלי חיים (ניסויים בבעלי חיים) תשנ"ד-1994, מכיר בחינוך והוראה כאחת המטרות המאפשרות שימוש בבעלי חיים.
לצורכי הוראה ותרגול משוחזרים באופן שוטף ניסויים "קלאסיים" בבעלי חיים ממינים טקסונומיים שונים. זאת אף על פי שבחלק מהמקרים ניתן לצפות בסרט המתעד ניסויים שכבר נעשו או לקרוא עליהם במקום לשחזרם.
הביקורת על התקפות המדעית.
מרבית הביקורת נגד התקפות הרפואית של ניסויים בבעלי חיים מופנית נגד ניסויים לחיפוש תופעות לוואי של תרופות. במחקרים אלו יש שלב או שלבים של ניסוי בבעלי חיים ואחרי כן שלבים של ניסוי בבני אדם. בניגוד לשאר הניסויים באורגניזם מודל, שבהם בחירת המודל מנומקת היטב, רבים מהניסויים לחיפוש תופעות לוואי של תרופות נערכים בעכברים בלבד מתוך הנחה שמה שרעיל ליונק אחד רעיל על פי רוב גם ליונקים אחרים.
תופעת לוואי של תרופה יכולה להתרחש בדרכים רבות. למשל, תרופה שמועילה כשהיא נקשרת לקולטן מסוים בתאים של רקמה מסוימת, יכולה להזיק כאשר היא נקשרת לאותו קולטן בתאים של רקמה אחרת או כשהיא נקשרת לקולטנים אחרים. אצל שני אורגניזמים מאותו מין טקסונומי, אצל אדם בריא ואדם עם מחלה כרונית מסוימת או אצל שני אורגניזמים ממינים שונים לא יהיו בהכרח אותן תופעות לוואי לאותן תרופות משום שעשוי להיות שוני בין הקולטנים או בין אפשרות חשיפתם לתרופה. לכן, ניסוי לאיתור תופעות לוואי של תרופות בחיית מודל לא רלוונטית עשוי לפסול תרופות מוצלחות בשל ממצא לא תקף על תופעות לוואי חמורות או לאשר ניסויים בבני אדם בתרופה מסוכנת. פתרונות אפשריים לשתי בעיות אלה הן השקעה במחקר לאיתור אורגניזם מודל רלוונטי יותר לבדיקת תופעות לוואי אפשריות לכל תרופה (למשל בעזרת סריקת מאגרי מידע על קולטנים וחשיפתם לתרופות) והשקעה במחקר פתולוגי לבירור רלוונטיות תופעות הלוואי שנתגלו בניסוי.
רופאים ומדענים רבים מודים שניתן למצוא דמיון אנטומי, פיזיולוגי וגנטי בין יונקים ממינים שונים, אך מדגישים את העובדה שיש ביניהם הבדלים, שהחשובים שבהם מתבטאים ברמת התא שהוא החזית המשמעותית ביותר שבה מחלות מתבטאות והמקום בו תרופות אמורות להתמודד עם מחלות אלו. הטענה המרכזית היא שבעלי החיים הנפוצים במעבדות המחקר נבדלים מהאדם בצורה עמוקה ומשמעותית בהרבה, גם ברצפי ה-DNA, וגם בכל הרמות של הבקרה על ביטויים, ולכן לא ניתן להסתמך על ניסויים בבעלי חיים להסקה מדעית על בני אדם.
בהליכי האישור המורכבים של תרופות חדשות לשימוש בבני-אדם, מבוצעת דרך קבע בדיקה ראשונית של רעילות בניסויים בבעלי חיים, לפני שהתרופה עוברת לשלב הניסוי בבני-אדם. סינון ראשוני זה מצליח ללכוד רק חלק מהחומרים המזיקים לבני-אדם. מאידך, ישנן תרופות שידוע כי הן מועילות לאדם, אולם הן גורמות נזקים לבעלי חיים מסוימים.
שיקולי אתיקה.
ניסויים בבעלי חיים מבוצעים כחלק מן הפעילות המחקרית במדע ובתעשייה ולכן הם אמורים להיות כפופים לכללי האתיקה הנוהגים בקהילות אלה. כללי האתיקה עוסקים בעיקר ביושר מקצועי, בחשיפת הנתונים בפני עמיתים למקצוע ובשמירה על זכויות אנשים ובעלי חיים המשתתפים בניסויים. כתוצאה משאלות שהתעוררו בנושא יחס לבעלי חיים התפתח תחום מדעי בשם ביואתיקה העוסק בהיבטים האתיים של הביולוגיה והרפואה ומכאן גם באתיקה של ניסויים בבעלי חיים. המודעות לנושא האתיקה של הניסוי המדעי עלתה באמצע המאה העשרים בעקבות אירועים שונים כמו משפטי הרופאים הנאצים בנירנברג והמודעות לאתיקה ניסויית בבעלי חיים בפרט עלתה בין היתר בעקבות כתבי פילוסופים כגון פיטר סינגר.
מטרות ניסוי בבעלי חיים עשויות להיות:
בעלי חיים שעליהם נערך הניסוי חשים בו לרוב סבל גופני, נפשי או שניהם כאחד.
הצדקת סבלם של בעלי חיים בניסוי תלויה, בין השאר, בחשיבות השאלה המחקרית אותה בודק הניסוי. נחיצותו של ניסוי אינה תלויה רק בתחום הכללי בו הוא נעשה, לכן, ניסויים דומים שעונים על שאלות דומות עשויים להיתפס כבעלי חשיבות שונה. לדוגמה, קל יחסית, להצדיק ניסוי הבודק רעילות של תוסף מזון המצוי כבר בשימוש, מאשר להצדיק ניסוי דומה בתוסף מזון שטרם החל שיווקו.
מדרך הטבע, אנשים שונים חלוקים בדעותיהם לגבי נחיצותם של ניסויים שונים. גם האנשים שבוועדה לאישור ניסויים בבעלי חיים עשויים להיות חלוקים בדעותיהם לגבי צדקת הניסוי. הוועדות לאישור ניסויים מדעיים בבעלי חיים קמו כחלק מהשינוי הכללי שחל ברגישות החברה והמחוקקים לזכויותיהם של בעלי חיים במהלך המאה העשרים. שינוי זה מתבטא בתחומים רבים, כגון תנאי המחיה בגני החיות ובהעדפת מוצרים שייצורם אינו מצריך הריגת חיות בר.
כאשר ניסוי צפוי לגרום סבל לבעלי חיים, יש נטייה לחפש במקומו ניסוי הגורם פחות סבל ומספק תוצאות דומות בתקפות מדעית דומה. לעיתים יש לניסוי חלופה שפוטרת את החוקר מהצורך לגרום סבל לבעלי חיים. יש מקרים שבהם החלופות יקרות מדי, מסובכות או לא קיימות. כאשר אין חלופות סבירות נוצרת דילמה מוסרית, משום שלעומת סבלם של בעלי החיים ניצבות מטרות הניסוי. במקרה של דילמה כזו, על ועדת האתיקה לשקול את דרך המשך המחקר. כאשר ועדת האתיקה דנה בדילמה מוסרית כזו, היא יכולה להורות על עריכת פשרה בין תקפותו המדעית של הניסוי לבין מוסריותו (למשל להקטין את מדגם חיות הניסוי גם בהיעדר אפשרות לפצות על כך בשיטות ניתוח סטטיסטיות מתקדמות), להעדיף את ביצוע הניסוי כפי שתוכנן, או להורות על אי ביצוע המחקר.
ההתנגדות לניסויים בקרב הציבור עולה ככל שעולה הדמיון בין בעל החיים המשמש בניסוי לבין בני האדם. גם כאשר מבחינה מדעית טהורה יש עדיפות לעבודה עם אורגניזם מודל דומה לאדם, שיקולים מעשיים מחייבים התפשרות על בעלי חיים קטנים ורחוקים מן האדם. מסיבה זו, מעדיפים לבצע ניסויים בצפרדעים מאשר בעכברים, בעכברים מאשר בכלבים, בכלבים מאשר בקופים, ובקופים מאשר בקופי אדם.
במהלך סוף המאה ה-20 ותחילת המאה ה-21 הונהג כי יש להשיג אישור מוועדת האתיקה לכל ניסוי בחולייתנים וניסויים הגורמים סבל לפרימטים מוגבלים יותר מבעבר.