Chỉ cần thay đổi một nguyên tử thôi cũng có thể khiến thuốc ngừng hoạt động. Đó là bài học về mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính (SAR), môn học nghiên cứu cách cấu trúc của một phân tử ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của nó. Các nhà hóa học dược phẩm sử dụng SAR để hướng dẫn các sửa đổi của họ. Nếu việc thêm một nhóm metyl vào một vị trí nhất định làm tăng hiệu lực, họ sẽ thử thêm các nhóm khác vào đó. Nếu việc loại bỏ một nhóm hydroxyl làm giảm độc tính, họ sẽ tìm kiếm những thay đổi khác có cùng tác dụng. Mục tiêu là tìm ra các đặc điểm cấu trúc quan trọng và tối ưu hóa chúng.

Mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính (SAR) được xây dựng từ các thử nghiệm. Các nhà hóa học tổng hợp một loạt các hợp chất liên quan, mỗi hợp chất có một thay đổi nhỏ về cấu trúc, và đo hoạt tính của chúng. Dữ liệu được vẽ biểu đồ hoặc lập bảng, và các mô hình sẽ xuất hiện. SAR định lượng, hay QSAR, tiến xa hơn bằng cách xây dựng các mô hình toán học dự đoán hoạt tính từ các đặc tính phân tử. Các mô hình này có thể sàng lọc các thư viện ảo trước khi bất kỳ hợp chất nào được tạo ra. SAR không phải lúc nào cũng đơn giản. Một thay đổi làm tăng hiệu lực có thể làm giảm độ hòa tan, hoặc một sửa đổi làm giảm độc tính cũng có thể làm giảm hiệu quả. Nhà hóa học phải cân bằng nhiều đặc tính cùng một lúc.

Những gì SAR tiết lộ:

• Pharmacophore.
• Xu hướng hiệu lực.
• Tính chọn lọc.
• Tính ổn định chuyển hóa.
• Độc tính.

SAR là một quy trình lặp đi lặp lại. Mỗi vòng thiết kế, tổng hợp và thử nghiệm đều cung cấp thông tin cho vòng tiếp theo.