二期臨床試驗是藥物療效的首次真正檢驗。在一期臨床試驗確定了藥物的安全性和劑量範圍後，二期臨床試驗則檢驗藥物是否對目標疾病患者有效。這些試驗的規模通常比第一期臨床試驗更大，一般有100到300名受試者，並且通常會設置對照組，對照組可以是安慰劑組或標準治療組。試驗設計可以是單臂試驗（所有受試者均接受藥物治療），也可以是隨機試驗（受試者被隨機分配到不同的組別）。

主要終點因疾病而異。在腫瘤學領域，可能是腫瘤緩解率或無惡化存活期；在心臟病學領域，可能是血壓或膽固醇的變化；在精神科領域，可能是症狀評分量表的變化。 II期臨床試驗也會持續監測安全性，因為隨著更多患者接受治療，可能會出現一些罕見的副作用。若藥物顯示療效且安全性可接受，則會進入III期臨床試驗；否則，研發將終止。約30%進入II期臨床試驗的藥物最終會進入III期臨床試驗。

第二階段解答了哪些問題：

• 療效. 該藥是否產生預期效果？
• 劑量反應。 什麼劑量效果最好？
• Safety. 患者會出現哪些副作用？
• 終點. 哪些結果指標最有用？

II 期試驗通常分為 IIa 和 IIb 兩部分，IIa 著重於劑量和活性，IIb 著重於選定劑量下的療效。