Molti movimenti animalisti considerano l'abolizione della sperimentazione animale fra i propri obiettivi principali. In alcuni casi, gli antivivisezionisti sostengono che la sperimentazione sugli animali sia scientificamente inefficace e potenzialmente sostituibile con altri metodi; in altri casi (per esempio in quello dei sostenitori dei diritti animali), la sperimentazione animale viene condannata sul piano etico, a prescindere dalla sua effettiva utilità per il progresso in campo medico e scientifico. Sul piano etico, alcuni animalisti operano dei distinguo, ammettendo la sperimentazione animale entro certi limiti, per esempio attaccando soprattutto la sperimentazione senza fini scientifici sufficientemente chiari e importanti, o la sperimentazione che implica pratiche particolarmente cruente nei confronti dei soggetti da laboratorio, o la sperimentazione su determinate specie considerate dotate di particolari capacità intellettuali o di autocoscienza (per esempio le scimmie antropomorfe).

Riguardo all'utilità della sperimentazione animale, la stragrande maggioranza della comunità scientifica la ritiene indispensabile.

Gli scienziati e i ricercatori mettono in evidenza come le reazioni fisiologiche ad un input esterno sono spesso imprevedibili; ad esempio, la complessità d'integrazione cellulare presente nel sistema nervoso centrale non può essere dedotta dalla funzione dei singoli componenti. D'altro canto, anche le simulazioni computerizzate necessitano di una conoscenza della funzione biologica e fisiopatologica dell'organismo; in assenza di tali informazioni ogni simulazione porterà a dei risultati dubbi, sulla base dei quali sarà difficile poter dar corso a una nuova terapia.

Secondo la grande maggioranza della comunità scientifica è dunque dalla complementarità della sperimentazione in vivo e in vitro, e dall'elaborazione informatica o in silico, che è possibile un'evoluzione delle nostre conoscenze tale da favorire lo sviluppo di strategie terapeutiche efficaci, che utilizzino il minor numero possibile di test animali.

Posizione della comunità scientifica La stragrande maggioranza della comunità scientificaBiologia - Il Cammino della Scienza, Script edizioni, ISBN 88-6614-831-8Animal research: Battle scars, articolo su Nature e enti accademici come la Royal SocietyThe use of non-human animals in research: a guide for scientists The Royal Society, 2004, p. 1 e la statunitense National Academy of Sciences"Science, Medicine, and Animals", Institute for Laboratory Animal Research, Published by the National Research Council of the National Academies 2004, p. 2 ritengono ad oggi necessario il ricorso alla sperimentazione animale. Tra le motivazioni si afferma: se i farmaci superano tutti i test condotti in provetta e al computer, devono poi essere testati su animali da laboratorio. Questi test danno importanti informazioni su come un farmaco reagisce in un essere vivente, e spesso mostrano effetti collaterali che non erano stati previsti precedentemente. Osservando gli effetti dei vari stimoli su animali non umani, è possibile formarsi delle aspettative legittime circa i probabili effetti di questi stimoli sugli esseri umani. Attraverso la sperimentazione animale possiamo capire i meccanismi causali della condizione sotto esame.

Secondo questa posizione, gli animali sono dei modelli causali analoghi (CAM - causal analog models), e la funzione primaria dei test sugli animali è quella di scoprire i meccanismi causali che producono e dirigono il corso della patologia negli animali; questi risultati vengono poi estesi per analogia agli esseri umani. La comprensione dei meccanismi causali rilevanti negli umani serve poi agli scienziati per prevenire o trattare le malattie (AMA 1988). La generalizzabilità da modello a soggetto modellato viene basata sulla vicinanza filogenetica tra i soggetti, poiché questa vicinanza evolutiva implica una vicinanza anche nei meccanismi (fisiologici, patologici, molecolari, ecc.) studiati. Altre ipotesi sulla validità della sperimentazione animale sono quella strumentalista sostenuta erroneamente dagli animalisti("sappiamo che gli animali sono causalmente simili agli uomini grazie alla nostra esperienza") e quella basata sulla storia della medicina,plausibile e scientificamente corretta, che testimonia in molti casi l'utilità della sperimentazione animale.

Per quanto riguarda i risultati della sperimentazione animale, secondo gli studiosi ad essa favorevoli la ricerca basata su test animali ha avuto un ruolo fondamentale in larga parte delle scoperte mediche dell'ultimo secolo, come ad esempio i vaccini e agli antibiotici per la prevenzione e il trattamento delle infezioni e gli anestetici usati in tutte le forme di chirurgia.

Nel maggio del 1881, Louis Pasteur eseguì un esperimento pubblico per mostrare l'efficacia della vaccinazione. Selezionò due gruppi di 25 pecore, uno dei quali venne vaccinato con due somministrazioni distanziate di 15 giorni di un vaccino da lui preparato. Trenta giorni dopo la prima iniezione ad entrambi i gruppi venne iniettata una coltura di batteri di antrace vivi. Il risultato fu sorprendente: tutte le pecore vaccinate riuscirono a sopravvivere, le altre 25 morirono in pochi giorni.

La scoperta dell'insulina viene spesso citata come un altro chiaro esempio del contributo della sperimentazione animale al progresso della medicina: Frederick Grant Banting e Charles Herbert Best, negli anni venti, scoprirono che l'iniezione di un estratto di cellule pancreatiche che contenevano l'ormone dell'insulina alleviava nei cani i sintomi del diabete.

Gli interventi cardiochirurgici a cuore aperto, la dialisi e i trapianti renali, i trattamenti per l'asma, per la leucemia e per la pressione alta, sono per i fautori di questa tecnica sperimentale solo alcuni altri fra i progressi clinici resi possibili grazie alla ricerca medica e ai test condotti sugli animali. Inoltre, sempre secondo i suoi fautori, negli ultimi decenni grazie alla ricerca basata su sperimentazioni animali si è iniziato ad affrontare patologie difficili e complesse come i tumori, i problemi cardiaci più gravi, nonché infezioni di nuova natura come l'HIV, e farmaci più efficaci nella prevenzione del rigetto nei trapianti di organi sono stati sviluppati negli anni ottanta e novanta grazie ai test sugli animali.

Le organizzazioni mediche e scientifiche citano il caso della talidomide per sostenere l'importanza dei test animali nella prevenzione del rischio di difetti congeniti nel nascituro. Rifacendosi alla vicenda, esse sostengono che la tragedia della talidomide fu dovuta al fatto che i modelli animali non furono usati nel giusto modo, in particolare che non furono usati modelli animali gravidi, e concludono affermando che i cambiamenti e i miglioramenti introdotti in seguito assicurano oggi che errori simili non possono più verificarsi.

La tecnica del gene targeting, che Mario Capecchi, Martin Evans e Oliver Smithies con i loro studi hanno contribuito a mettere a punto, è utilizzata oggi dai ricercatori di tutto il mondo per «costruire» topi con mutazioni inserite nei geni. La potenza di questa tecnologia è tale che il ricercatore può selezionare sia quale gene mutare sia come farlo. In pratica il ricercatore può scegliere come e quali sequenze di DNA del genoma di topo vuole cambiare, e ciò permette di valutare nel dettaglio la funzione di ogni gene durante lo sviluppo embrionale o nelle fasi successive. Il gene targeting sta avendo una ricaduta importante anche sugli studi sul cancro, sull'embriogenesi, sull'immunologia, sulla neurobiologia e su moltissime altre malattie, e ha notevoli applicazioni nell'ambito della medicina clinica.

Secondo ciò che sostengono gli assertori della validità della sperimentazione animale, va poi ricordato che, oltre ai benefici medici e clinici, anche gran parte dei progressi in medicina veterinaria sono ascrivibili alla ricerca compiuta sugli animali.

I sostenitori della sperimentazione animale riconoscono che la scienza medica ha sviluppato nel tempo un'ampia gamma di tecniche sperimentali in grado di fornire risposte a problemi scientifici che non possono essere affrontati dagli studi compiuti sugli animali. Tuttavia, nonostante questi nuovi sviluppi, essi affermano che l'analisi e i risultati di numerose ricerche mediche e cliniche recenti dimostrano che molte domande chiave nella scienza medica possono e potranno avere una risposta solo se verranno condotti anche studi ed esperimenti sugli animali. Opinione largamente condivisa dagli stessi ricercatori che operano in questi nuovi promettenti campi, i quali riconoscono che nel lungo termine sarà possibile ridurre ed indirizzare in modo più specifico l'uso degli animali, ma non eliminare del tutto questa fase.

Tuttavia, negli ultimi anni parte della comunità scientifica ha orientato le proprie ricerche allo studio dei modelli di organi in vitro, sottolineando che i test basati su questi modelli hanno la potenzialità di diventare scientificamente più validi e predittivi rispetto a quelli basati sugli animali, soprattutto grazie a recenti scoperte che sottolineano la possibilità di costruire dei setting sperimentali in cui modelli di sistemi in vitro rispettano la legge di Kleiber, ovvero la legge metabolica fondamentale formulata dal biologo svizzero Max Kleiber che si applica a tutti gli organismi viventi.

Già oggi i modelli in vitro possono costituire modelli validi in relazioni a patologie specifiche, come l’obesità.

A giugno del 2018, circa 600 persone fra scienziati, studenti universitari e ricercatori hanno firmato un appello su USA Today, nel quale chiedono agli enti di ricerca e alle istituzioni statunitensi rispettivamente di adottare una maggiore trasparenza e di tutelare la sperimentazione animale. Il testo afferma che «gli studi animali sono stati coinvolti in 96 dei 108 Premi Nobel in fisiologia e medicina». A settembre del 2019, Garattini, Giacomo Rizolatti, Kandel e Barré-Sinoussi sottoscrivono un manifesto che chiede al Governo italiano di tutelare la sperimentazione animale e di «non lasciare che la ricerca [italiana] e muoia e che le ricercatrici e i ricercatori italiani siano costretti ad abbandonarlo o a spostare le loro ricerche all'estero».

Posizione dei movimenti animalisti Le critiche degli animalisti alla validità dei modelli animali come CAM si possono dividere in tre filoni: quello dei diritti degli animali, quello della critica scientifica a priori (il modello non può funzionare), e quello della critica scientifica alle modalità (il modello funziona poco, non è affidabile). Nel primo filone troviamo coloro che identificano la sperimentazione animale con il maltrattamento degli animali Nel secondo filone troviamo prevalentemente autori non appartenenti alla comunità scientifica che parlano dell'intrinseca non validità dei modelli animali. Nel terzo filone, troviamo critici meno aprioristici

Contestazione su base etica

Sul finire del diciannovesimo secolo, la mancanza di eticità della macellazione kosher e della vivisezione erano le principali tematiche inerenti alla protezione degli animali in Germania. Presero posizione molti intellettuali importanti, come Arthur Schopenhauer"Quando studiavo a Göttingen il professor Blumenbach ci parlò molto seriamente, nel corso di fisiologia, degli orrori delle vivisezioni e ci fece notare come esse fossero una cosa crudele e orribile. [...] Invece oggi ogni medicastro si crede autorizzato a effettuare nella sua stanza delle torture gli atti più crudeli nei confronti delle bestie [...] Nessuno è autorizzato a effettuare vivisezioni. [...] Si ha pietà di un peccatore, di un malfattore, ma non di un innocente e fedele animale che spesso procura il pane al suo padrone e non riceve che misero foraggio. «Aver pietà»! Non già pietà, ma giustizia si deve all'animale!?" (da L'arte di insultare) e Richard Wagner.Richard Wagner, Sulla vivisezione