thumb|Expérimentation animale au ; avec exposition d'un oiseau au vide d'air, produit par une pompe à air, par Joseph Wright of Derby, 1768.
L’expérimentation animale consiste à utiliser des animaux comme substituts ou « modèles » pour mieux comprendre la physiologie d'un organisme et ses réponses à divers facteurs (alimentation, environnement, agents pathogènes) ou substances (pour en tester, vérifier ou évaluer l'efficacité, l'innocuité ou la toxicité). Il s'agit généralement de tenter de prévoir ce qui se passe chez l'espèce humaine sans exposer de personnes humaines aux risques, aux contraintes et aux souffrances (douleurs et/ou stress) susceptibles d'être générées par les expérimentations.
Historiquement, la vivisection est apparue durant l'Antiquité. Après une absence relative au Moyen Âge, elle a été explorée à nouveau durant la Renaissance, puis systématisée au , en particulier sous l'impulsion des physiologistes français tels que Claude Bernard. L'apparition de la bactériologie et des sérums à la fin du a marqué un tournant paradigmatique et la naissance de l'expérimentation animale dans les diverses formes qu'on lui connait aujourd'hui. Depuis le , une grande majorité des expérimentations se font sur des souches spécifiques de rongeurs utilisés comme modèles – et en particulier des souris.
En 2010, la directive européenne 2010/63/UE a remplacé la directive 86/609/CEE qui était en vigueur depuis 1986. La nouvelle directive a mis en avant le principe des 3R, instauré de nouvelles obligations (comités d'éthique pour l'évaluation des projets, résumés non techniques à destination du grand public) et approfondi d'autres dispositions (conditions de détention minimales, formation du personnel), sans encadrer cependant ces prescriptions par des sanctions dissuasives dont l'application serait commune partout au sein de l'Union. Tous les États membres ont transposé cette directive dans leur réglementation, avec des sanctions plus ou moins bien définies (en France, il s'agit d'amendes allant de quelques centaines d'euros jusqu'au retrait d'agrément). D'autres réglementations existent en dehors de l'Union européenne (Suisse, États-Unis, Australie, Japon...), la plus ancienne étant l'amendement du en Angleterre.
Environ dix millions de vertébrés et de céphalopodes sont utilisés chaque année dans les laboratoires des États membres de l'Union européenne, auxquels s'ajoutent dix millions d'animaux élevés et morts ou tués hors utilisation expérimentale. Ces chiffres sont connus pour chaque État membre de l'UE (deux millions d'utilisation et deux millions d'animaux morts hors utilisation chaque année pour la France), mais beaucoup plus difficiles à évaluer pour de nombreux autres pays dont les recensements statistiques sont encore moins exhaustifs. Tous ces animaux sont utilisés majoritairement pour la recherche fondamentale, la recherche appliquée, les tests réglementaires de toxicité et la production de routine de substances telles que les anticorps.
De nombreuses controverses existent autour de l'expérimentation animale. Il s'agit de débats épistémologiques (notamment autour de la validité des modèles animaux et le développement des ), philosophiques (en éthique animale, en philosophie morale et en philosophie politique), juridiques (la réglementation cherchant à la fois à protéger les animaux et ne pas freiner la recherche médicale), et pragmatiques (concernant notamment l'application de la réglementation). Bien qu'il soit difficile d'étudier l'opinion publique de manière rigoureuse, de nombreuses actions collectives et politiques (Initiatives citoyennes européennes, votations, manifestations, propositions de loi...) attestent d'un engagement relativement important du public sur ce sujet, notamment lorsqu'il s'agit d'utiliser les animaux pour tester des produits du quotidien (en particulier les cosmétiques (interdiction dans l'EU depuis 2013)).
Histoire Antiquité Les traces les plus anciennes de l'expérimentation animale remontent au moins à l'Antiquité sous la forme de la vivisection. Au avant l'ère commune, plusieurs sectes médicales s'opposent à Alexandrie concernant la meilleure manière d'accéder à la connaissance. Les dogmatistes n'hésitent pas à pratiquer la dissection et la vivisection des animaux (humains ou non), tandis que les empiriques pensent que ces pratiques dénaturent le fonctionnement du corps et ne peuvent donc fournir aucune connaissance. Ils y préfèrent donc l'observation des personnes qu'ils traitent, dans le cours du traitement. La vivisection utilisée à des fins de recherche donne lieu à des préoccupations d'ordre éthique. Au avant l'ère commune, Théophraste (qui succède à Aristote à Athènes) dénonce l'injustice de la vivisection animale en se fondant sur le fait que les animaux utilisés peuvent souffrir au même titre que les personnes humaines.
Au de l'ère commune, une déclamation condamne la vivisection humaine quels que soient les résultats attendues : et . Cette déclamation n'aborde pas explicitement le sujet de la vivisection animale. À cette époque, Galien pratique les dissections et les vivisections d'animaux pour étudier l'anatomie, sur laquelle il produira de nombreux écrits. Il n'attribue aux animaux qu'une conscience et une sensibilité très limitées à la douleur mais pose des restrictions esthétiques sur ses pratiques. Ainsi, il s'interdit d'intervenir sur les organes génitaux des animaux et de disséquer des animaux en position dressée. Lors des spectacles publics de vivisection, il préfère les cochons aux primates, ce qui lui permet d'en tirer des cris impressionnants pour le public tout en évitant la ressemblance trop grande avec le corps humain et la mauvaise odeur qu'il attribue aux primates.
Moyen Âge Au cours du Moyen Âge, l'expérimentation animale persiste sous la forme d'observations zoologiques et de dissections. Ainsi au , profite de ses voyages pour manipuler les animaux qu'il rencontre de diverses manières, allant jusqu'à les éviscérer pour observer leurs entrailles. Au , Frédéric de Hohenstaufen expérimente autour de la fauconnerie : pour vérifier une idée répandue selon laquelle les vautours se repèrent de loin à l’odorat, il coud les paupières de faucons (technique fréquente en fauconnerie, on parle de « ciller ») et leur lance des morceaux de viande ou des poussins vivants pour voir s’ils vont les manger. Entre le et le , des légendes urbaines donnent lieu à d'autres tests de ce type sur les animaux. Par exemple, face à l’idée que les autruches pourraient digérer n’importe quoi, de nombreuses personnes vont tenter de leur proposer (ou de leur faire avaler de force) de petits objets en fer, comme des pièces ou des clous.
Quant au monde arabe, il y existe une tension entre la mauvaise considération des dissections et vivisections et l'importance accordée à l'obtention du savoir. De plus, les médecins étant souvent au service de princes, la loi passe au second plan face aux envies de ces derniers. Des ménageries s'installent donc dès le pour réaliser des expériences pharmacologiques et médicales notamment sur des primates.
Renaissance Au , avec la redécouverte des Procédures anatomiques de Galien, les chercheurs s'intéressent à nouveau à la dissection et à la vivisection dans un but d'exploration anatomique et de recherche médicale. Même Léonard de Vinci, pourtant végétarien, pratique la dissection et la vivisection d'animaux au service du réalisme de son art. Au William Harvey reproduit des centaines de dissections et de vivisections. Tout au long de la Renaissance, les démonstrations publiques de vivisections et de dissections côtoieront les ours dansants, les combats d'ours et de chiens, les tortures de chats et autres spectacles mettant en scène la souffrance des animaux. Ainsi Realdo Colombo, professeur d'anatomie italien au , raconte comment les membres du clergé furent impressionnés par la manière dont une chienne surmontait sa propre douleur pour tenter de réconforter ses chiots torturés devant elle par Colombo qui venait de les extraire de son ventre par césarienne.
Le débat antique entre les dogmatistes et les empiriques trouve son pendant à cette époque avec les désaccords entre les mécanistes (qui pensent que le fonctionnement du corps peut être segmenté et que chaque partie peut en être compris indépendamment du reste) et les vitalistes (qui croient en un « principe vital » distinguant les êtres vivants du reste de la nature). De chaque côté, les vivisections servent à prouver et à illustrer les théories des anatomistes. La notion de l'« animal-machine », attribuée à René Descartes, repose sur une vision mécaniste du monde : il ne s'agit pas de nier la souffrance et la conscience des animaux (ce qui est très rare même à l'époque), mais d'affirmer que le fonctionnement de leurs corps peut être étudié comme le fonctionnement d'autant de machines.
Au , dans Les Voyages de Gulliver (1726), Jonathan Swift se moque de la Royal Society de Londres, fondée en 1660, en la caricaturant par le récit d'expériences plus ridicules les unes que les autres impliquant notamment des animaux – entre le nourrissage d'araignées avec des mouches colorées pour leur faire produire des toiles de différentes couleurs et le traitement de la colique par l'introduction d'un soufflet dans l'anus d'un chien (qui ne manque pas de mourir sur place). Par ailleurs, si les philosophes de la Renaissance dénoncent largement la souffrance des animaux, ils se gardent de condamner la vivisection tant qu'elle est utile. Ainsi, alors que Jeremy Bentham écrit en 1789 à propos des animaux autres qu'humains que , il affirmera en 1825 n'avoir .
Époque moderne À la fin du , Xavier Bichat participe à élaborer les règles de la méthode scientifique naissante avec son Discours sur l'étude de la physiologie (1798). Plusieurs chercheurs français, dont François Magendie, se regroupent, sous le nom de « physiologistes », pour étudier le fonctionnement des organismes vivants par le biais principal de la vivisection intégrée dans une méthodologie expérimentale systématique. Alors que ces physiologistes sont acclamés en France, leurs collègues britanniques sont beaucoup moins bien vus par la population, au point que , qui vivisèque des animaux pour étudier le système nerveux et la circulation du sang, recommande la réglementation de la vivisection par une « société pour la recherche physiologique », qui ne verra pas le jour de son vivant.
Au milieu du , la vivisection est beaucoup moins bien vue, même en France. Claude Bernard, élève de Magendie et figure de proue de la vivisection française de l'époque, racontera comment ses travaux ont été entravés par l'opinion publique dans les années 1840, au début de sa carrière :
En fait, le chien du commissaire de police lui avait été vendu pour des expériences sur les sucs gastriques par un revendeur prétendant qu'il s'agissait d'un chien errant. Lorsque le commissaire l'a découvert, Bernard a soigné son chien, lui épargnant la vivisection, et s'est lié d'amitié avec le commissaire, qui l'a protégé par la suite quand le public ou les autorités publiques cherchaient à l'entraver dans ses activités.