Zidovudin
polimerase pada sel manusia yang digunakan oleh mitokondria untuk bereplikasi, yang memberikan efek pada otot jantung dan otot rangka, sehingga menyebabkan miositis, walau efek tersebut bersifat reversibel dan hilang setelah dosis AZT dikurangi.
AZT mengkristal menjadi garam dengan struktur monoklinik asimetris ternukleasi. Struktur ini dilaporkan pada tahun 1988 dan 1987.
Pada tahun 1960-an, teori mengenai kanker disebabkan oleh retrovirus mendapat dukungan dari peneliti dan mendapat pendanaan untuk penelitian tersebut. Teori tersebut menjadi dikenal karena hasil penelitian dari Howard Temin dan David Baltimore, yang menyataka hampir semua kanker pada burung disebabkan oleh retrovirus, tetapi retrovirus yang menginfeksi manusia yang dapat menyebabkan kanker masih belum ditemukan pada waktu itu.
Dalam penelitian yang lain, ditemukan senyawa lain yang dapat memblok sintesis dari asam nukleat sehingga dapat digunakan sebagai agen antibakteri, antiviral, dan antikanker. Penelitian ini dilakukan oleh George Hitchings dan Gertrude Elion. Dan hasil penelitian ini ditemukan dan dikembangkan senyawa antitumor 6-merkaptopurin.
Jerome Horwitz dari "Barbara Ann Karmanos Cancer Institute" dan "Wayne State University School of Medicine" pertama kali mensintesis AZT pada tahun 1964 dengan bantuan hibah dari "National Institutes of Health" (NIH) Amerika Serikat. Pengembangan obat ini dihentikan setelah terbukti tidak memberikan efek pada mencit. Pada Tahun 1974, Wolfram Ostertag dari "Max Planck Institute for Experimental Medicine" di Göttingen, Jerman melaporkan dalam penelitiannya bahwa AZT secara khusus mentarget
virus Friend (galur dari virus leukimia murine). Hanya saja hasil peneleitian ini tidak menarik minat peneliti lainnya karena virus Friend merupakan retrovirus dan pada waktu itu masih belum ditemukan penyakit pada manusia yang disebabkan oleh retrovirus.
Pada tahun 1983, peneliti di Institut Pasteur di Paris menyatakan retrovirus yang sekarang dikenal sebagai Human Immunodeficiency Virus (HIV) merupakan penyebab yang sindrom imunodefisiensi (AIDS) pada manusia. Tidak lama kemudian,,, dan dari "National Cancer Institute" (NCI) memulai penelitian untuk mengembangkan metode terapi untuk HIV/AIDS. Menggunakan sel T CD4 yang telah dimodifikasi, mereka melakukan pengujian untuk
melihat obat-obatan mana yang mampu melindungi sel T CD4 dari HIV. Untuk mempercepat proses penemuan obat, peneliti dari NCI berkolaborasi dengan perusahaan farmasi yang memiliki daftar senyawa dengan potensi aktivitas antiviral. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui efek anti-HIV efek dari senyawa dan potensi obat terhadap sel T yang terinfeksi.
Di bulan Juni 1984, peneliti dari Burroughs-Wellcome, Marty St Clair melakukan penelitian untuk menemukan obat dengan potensi menghambat replikasi HIV. Burroughs-Wellcome memiliki para ahli dalam bidang analog nukleosida dan penyakit yang disebabkan virus, seperti Gertrude Elion, David Barry, Paul (Chip) McGuirt Jr, Philip Furman, Martha St Clair, Janet Rideout, Sandra Lehrman dan lain-lain. Penelitian ini difokuskan pada bagian enzim
transkriptase balik dari virus. Transkriptase balik adalah enzim yang terdapat pada retrovirus, termasuk HIV, yang berfungsi untuk mereplikasi virus tersebut. Pengujian kedua dilakukan pada sel tikus yang terinfeksi dengan virus Friend atau virus sarkoma Harvey yang merupakan retrovirus yang lain. AZT terbukti memiliki efek menghambat replikasi dari virus Friend dan virus sarkoma Harvey, selain itu
AZT memiliki toksisitas yang rendah terhadap tikus. Atas dasar hasil penelitian tersebut, AZT dipilih oleh Janet Rideout untuk dikirim ke NCI bersama dengan 10 senyawa lain untuk pengujian dalam efek antiviral HIV.
Di bulan Februari 1985, ilmuwan NCI menemukan AZT memiliki efek pada penelitian in vitro. Beberapa bulan kemudian, Uji klinis fase I dari AZT dimulai oleh NCI dan Universitas Duke. Pengujian Fase I dilakukan dengan dasar pada pengujian obat sebelumnya, suramin yang telah terbukti memberikan efek anti-HIV. Di awal uji klinisi,AZT terbukti aman
untuk diberikan kepada pasien dengan HIV, AZT memperbanyak sel T yang sebelumnya telah hancur oleh virus, dan itu menunjukkan bukti yang kuat jika mempunyai efektivitas klinis, seperti meningkatkan berat badan pada pasien AIDS. Hal ini juga menunjukkan bahwa kadar AZT yang bekerja pada in vitro bisa disuntikkan ke pasien dan dalam bentuk suppositoria, dan obat menembus hanya pada sel yang terinfeksi.
Selanjutnya, Burroughs-Wellcome melakukan uji acak terkendali buta ganda. Studi ini dipuji oleh CDC dan NIH untuk standar yang baik, membuktikan bahwa AZT dapat memperpanjang hidup pasien dengan HIV. Burroughs-Wellcome mengajukan hak paten untuk AZT pada tahun 1985. "Food and Drug Administration" (FDA) kemudian menyetujui AZT untuk digunakan melawan HIV, AIDS, dan penyakit
terkait AIDS (istilah medis lama untuk menyebut penyakit pra-AIDS) pada 20 Maret 1987. Waktu yang diperlukan dari pembuktian AZT aktif melawan HIV di laboratorium untuk dapat disetujui dalam penggunaan luas hanya memerlukan 25 bulan, waktu tersingkat dalam sejarah pengembangan obat.
AZT adalah kemudian disetujui untuk digunakan oleh bayi dan anak-anak pada tahun 1990. Awalnya AZT diberikan dalam dosis yang agak lebih tinggi dibandingkan dengan saat ini, biasanya 400 mg setiap empat jam, siang dan malam. Kurangnya alternatif dalam pengobatan waktu itu HIV/AIDS pada waktu itu menegaskan rasio risiko/manfaat. Jauh lebih baik menerima
efek samping obat seperti anemia dan rasa lemas daripada kematian yang lamban dan menyakitkan yang tak dapat dihindari akibat HIV.