药物经济学研究一般可采用前瞻性研究、回顾性队列研究、混合研究设计（临床试验结合回顾性或数据收集)、二次文献研究设计。其中前瞻性研究包括随机临床干预和前瞻性观察研究。

随机临床干预研究又分为围绕随机对照临床试验的平行研究和实际临床试验研究。平行研究是将药物经济学研究与药物临床试验相结合，通常在药物Ⅲ期临床试验进行，该研究设计比较受青睐，因为它可以借助药物临床试验严格的随机对照双盲设计，可获得较强的可信度和较高的内部效度，缺点是因为对照组多选择安慰剂，导致外部效度较低；实际临床试验研究是在药物的日常实际应用环境中进行药物经济学研究，该研究设计所需人、物、财力较大，但可信度和外部效度比较高。

前瞻性观察研究是基于队列研究的药物经济学研究设计，它是药物经济学研究设计的理想标准。能反映真实条件下治疗方案的成本效果，具有很好的外部效度，但由于取消了外部限制，患者依从性较差，干扰因素多，从而降低了内部效度，同时增加了分析难度。

当缺乏前瞻性研究时，回顾性队列研究是最佳选择。它使用某方案的患者作为研究组，使用其他方案的患者作为对照组，进行比较研究。优点是数据大多可直接从临床数据库获得，成本较低，研究时限较短，有较高的外部效度。缺点是研究中要求对任何可能的混杂因素，如年龄、性别、疾病程度、并发状况等因素进行统计控制，通常显示环境中研究组与对照组之间存在差异，难以控制选择偏倚，另外，现有数据不是根据药物经济学评价目的而记录的，往往难以达到研究设计要求。

混合研究设计是综合运用前瞻性、回顾性队列研究，从前瞻性的临床试验或回顾性队列研究中获得足够临床数据，回顾性收集或横断面调查临床患者的成本数据。该设计的优点是省时省钱，可信度、内部效度和外部效度都比较好。缺点是难以获得患者的间接成本和效用资料，存在一定偏倚。另外，从前瞻性临床试验或回顾性队列研究中获取临床数据时，要建立足够合理的获取方法，这直接关系评价结果的可靠性。模型法进行药物经济学评价时，多采取该方法。如Virginia L.Priest等对基因筛查应用于中度至重度炎症性肠病进行药物经济学分析时采用混合研究设计。

二次文献研究是利用已公开发表的文献资料，通常采用荟萃分析，对不同治疗方案进行系统药物经济学综述分析。在应用模型法进行药物经济学研究中，可以采用该方法综述分析的结果作为模型中参数假设的主要来源。优点是研究成本小、时间快；缺点是没有充足的药物经济学评价文献，各文献的可比性未知。如Schackman等对HIV患者的 HLA-B ^* 5701基因筛查进行药物经济学分析时采用二次文献研究。