Giai đoạn II là giai đoạn thử nghiệm hiệu quả thực sự đầu tiên của thuốc. Sau khi giai đoạn I xác định tính an toàn và phạm vi liều lượng, giai đoạn II đặt câu hỏi liệu thuốc có thực sự hiệu quả ở những bệnh nhân mắc bệnh mục tiêu hay không. Các thử nghiệm này có quy mô lớn hơn giai đoạn I, thường có từ 100 đến 300 người tham gia, và thường bao gồm một nhóm đối chứng, hoặc giả dược hoặc phương pháp điều trị tiêu chuẩn. Thiết kế có thể là thử nghiệm một nhánh, trong đó tất cả mọi người đều được dùng thuốc, hoặc thử nghiệm ngẫu nhiên, trong đó người tham gia được phân vào các nhóm khác nhau.

Mục tiêu chính của thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II thay đổi tùy thuộc vào từng loại bệnh. Trong ung thư học, đó có thể là tỷ lệ đáp ứng của khối u hoặc thời gian sống không tiến triển bệnh. Trong tim mạch học, đó có thể là sự thay đổi về huyết áp hoặc cholesterol. Trong tâm thần học, đó có thể là sự thay đổi trên thang điểm đánh giá triệu chứng. Giai đoạn II cũng tiếp tục theo dõi an toàn, vì các tác dụng phụ hiếm gặp hơn có thể xuất hiện khi có nhiều bệnh nhân được tiếp xúc với thuốc. Nếu thuốc cho thấy triển vọng và hồ sơ an toàn được chấp nhận, nó sẽ chuyển sang giai đoạn III. Nếu không, quá trình phát triển sẽ dừng lại. Khoảng 30% số thuốc tham gia giai đoạn II sẽ tiến đến giai đoạn III.

Câu hỏi mà Giai đoạn II trả lời là:

• Hiệu quả.
• Đáp ứng theo liều lượng.
• Safety.
• Điểm cuối.

Các thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II thường được chia thành IIa, tập trung vào liều lượng và hoạt tính, và IIb, tập trung vào hiệu quả ở liều lượng đã chọn.