Giai đoạn I là lần đầu tiên một loại thuốc được thử nghiệm trên người. Mục tiêu không phải là để xem thuốc có hiệu quả hay không, mà là để tìm hiểu xem thuốc có an toàn hay không và cơ thể phản ứng như thế nào. Các thử nghiệm này thường nhỏ, với khoảng 20 đến 80 người tham gia, và thường tuyển chọn những người tình nguyện khỏe mạnh hơn là bệnh nhân. Ngoại lệ là các loại thuốc điều trị ung thư và các phương pháp điều trị khác cho các bệnh nghiêm trọng, trong đó bệnh nhân đã thử hết các lựa chọn khác có thể tham gia.

Thiết kế nghiên cứu tập trung vào liều lượng. Các nhà nghiên cứu bắt đầu với liều rất thấp và tăng dần theo từng nhóm đối tượng, đồng thời theo dõi độc tính. Liều khởi đầu thường dựa trên các nghiên cứu trên động vật, được điều chỉnh cho phù hợp với con người. Điểm cuối thường là liều tối đa dung nạp được hoặc liều tạo ra hiệu quả mong muốn. Mẫu máu được lấy thường xuyên để đo nồng độ thuốc và tính toán các thông số dược động học. Người tham gia được theo dõi chặt chẽ, đôi khi phải ở lại đơn vị nghiên cứu trong nhiều ngày. Các tác dụng phụ được ghi nhận và phân loại theo mức độ nghiêm trọng.

Câu hỏi mà Giai đoạn I trả lời là:

• Safety.
• Khả năng dung nạp.
• Dược động học.
• Liều lượng.

Hầu hết các loại thuốc bước vào giai đoạn I đều không được tiếp tục. Các vấn đề về an toàn hoặc dược động học kém là nguyên nhân khiến chúng bị dừng lại sớm.