在19世纪中后期，化学科学向疼痛和生理疾病吹响了战斗的号角。一些新的进展源自传统的医学，另一些则是多年研究和试验的结果，还有一小部分是偶然发现。人类利用自然界存在的物质作为药物已经有几千年的历史了。其中有一些，如鸦片，可用做止痛药。但是这些药物并不十分可靠，而且经常会带来一些无法预料的副作用。
  第一种完全合成的药物是气体。1799年，英国的化学家汉弗莱•戴维发现一氧化二氮（也就是我们熟知的笑气）具有止痛的功能。1815年，科学家发现乙醚也有止痛的效用。这两种药物在当时受到了大众的欢迎。但是，令人不解的是，直到30年后医生才将它们用在外科手术的麻醉镇痛上。
  1847年，苏格兰产科医生詹姆斯•辛普森发现了另一种麻醉效果更强的试剂——氯仿蒸气，并把它用做妇女生产时的麻醉止痛剂。这些麻醉气体都是有副作用的，它们可以使病人进人无意识状态，或者至少是无知觉状态，当大剂量使用的时候，它们还有致毒作用。人们利用一些植物来止痛和退烧已经有很长的历史了：古埃及人用桃金娘，古希腊人和中世纪的欧洲人用柳枝和绣线菊，美洲土著人用白桦树枝。
  现在已经证明这些天然植物里含有同一种活性成分一水杨甙。英国牧师爱德华•斯通重新发现了柳树的药用功效。1763年，他称其利用柳树皮成功地帮助50名病人退烧。德国药剂师约翰尼•布赫勒于1828年首次从柳树中成功地分离出了水杨甙。10年后，意大利化学家雷非勒•皮立亚提取出了活性成分一水杨酸，这是一种无色的晶体。
  1853年，法国化学家查尔斯•盖哈特改变水杨酸结构，制得了乙酰水杨酸。但是关键性突破是德国化学家荷尔曼•科尔比鉴别出了水杨酸的分子结构，并提出了以煤焦油为初始原料进行大规模的化学合成而并非从植物直接提取的方法。利用科尔比反应，水杨酸得以大批量生产。
  水杨酸的镇痛效果非常明显，但是它也会造成严重的肠胃不适，所以科学家考虑对其分子结构进一步调整，使其副作用降到最小。最后，德国化学家霍夫曼在拜耳公司完成了水杨酸分子结构的调整。霍夫曼利用查尔斯•盖哈特早期提出的水杨酸分子结构合成了乙酰水杨酸，并在1899年由拜耳公司以阿司匹林的商品名将其推向市场。
  起初，阿司匹林只有经过医的作用，并可用来治疗风湿病。年，阿司匹林已经成了非处方药，病人直接到药店里就可以买到。在阿司匹林上市的同时，另外两种具有光明前景的镇痛药物也开发成功，具有镇痛解热功效的退热冰（乙酰苯胺）和非那西汀（乙酰对氨苯乙醚）分别在1886年和1887年被研制出来。
  非那西汀于1888年作为药物开始使用。乙酰对氨基酚在许多方面优于前述的化合物，它是一种非那西汀的衍生物，并且分子主体结构可以迅速地转化为其他的分子结构形式。但是，它的优点并没有马上体现，直到20世纪50年代乙酰对氨基酚才作为一种替代阿司匹林的镇痛解热的药物面世。
  第三个重要的化学合成药物——胂凡纳明（606)在20世纪初就开始研发，以撒尔佛散商品名投人市场销售。这种砷基药物主要是治疗性传染病——梅毒。德国化学家保罗•埃尔利希发现某些含砷化合物具有抗梅毒的功效，于是在1906年开始着手研究并对大量的含砷化合物进行反复的实验测试，最终发现第606个含砷化合物对引起梅毒的病原菌（一种名为苍白密螺旋体的细菌）具有高效的杀灭功能。
  
  1914年，化学家对606结构作了部分调整，并以胂凡纳明商品名上市。在这种药出现之前，梅毒已经给人们带来了多年的痛苦。20世纪医疗事业突飞猛进的发展，使制药科学进人了一个崭新的历史阶段。合成新的药物分子并对其分子结构进行调整组合以提高药效或改变药力是现代制药发展的基础。