Перед физиологией стоит задача дать ответ на вопрос, что происходит в организме, почему и как осуществляется тот или иной физиологический процесс. Достаточно часто для ответа на эти вопросы физиологи-исследователи используют метод наблюдения или самонаблюдения, характерной условием которого является отсутствие какого-либо вмешательства в физиологический процесс. Эти методы позволяют только качественно охарактеризовать физиологическое явление, например, установить сужение или расширение зрачка, и часто служат источником субъективных ошибок.
Но физиологи не ограничиваются только наблюдениями. Чтобы получить ответы на поставленные вопросы (как и почему именно так происходят физиологические процессы), в физиологии применяют эксперимент.
Эксперимент — один из основных методов познания физиологических явлений. То есть, физиология — экспериментальная наука. Экспериментатор вмешивается в ход физиологических процессов в специально подобранных условиях, делает выводы о причинно-следственные связи. Он не только качественно, но и количественно оценивает физиологические процессы, выражает их числом и мерой, документируя их. Именно с эксперимента началась история физиологии, и его значение не уменьшается со временем. Измерения и документирования требуют применения специальных инструментов, приборов и аппаратов. На сегодня во время физиологического эксперимента широко используют приборы, работа которых основана на новейших достижениях физики, химии, электроники, автоматики, кибернетики и вычислительной техники.
Экспериментальный метод применяют в двух вариантах: острые опыты и хронические исследования.
Во время острого опыта (вивисекции) животному вводят обезболивающие препараты, усыпляют его, рассекают тело и исследуют работу определенного органа. Разновидностью острых опытов является методика изолированных органов, тканей и клеток, их жизнедеятельность во время опытов поддерживают, используя специальные растворы, питательные среды, аэрацию и поддержания соответствующей температуры. Считают, что острые опыты является основным экспериментальным подходом аналитической физиологии.
Хронические (длительные) эксперименты проводят на живых животных, и они служат основой синтетической физиологии. Такие эксперименты проводят на интактных и специально прооперированных животных. Сюда относятся операции по наложению фистул, выведение наружу протоков, удаления органов или их частей (эндокринных желез, участков головного мозга), вживление электродов для раздражения и отвода биоэлектрических потенциалов.
Длительные опыты выполняют и на интактных животных, когда изучают энергозатраты, влияние температуры и состава воздуха, поведенческие реакции. Для этого животных помещают на определенный период в специально оборудованные камеры.
Перечень используемых в физиологии конкретных методик достаточно просторный. Сюда относятся: экстирпация (удаление органа), трансплантация (пересадка органа), денервация (лишение нервного контроля), наложение лигатур (перевязок), методика сосудистых анастомозов, фистульного методика, методика катетеризации, перфузия изолированных органов, электрофизиологические методы (раздражение электрическим током , внеклеточный и внутриклеточный отвод биоэлектрических потенциалов, электрические методы измерения температуры, давления, записи сокращения мышц), биохимические методы, радиотелеметрических методы (передача на расстояние физиологической информации с участием радиоволн), кибернетические методы (математическое, программное и физическое моделирование физиологических функций). Следует также отметить, что в физиологии сегодня широко применяют физические и физико-химические методы исследования (колориметрию, спектрофотометрию, рН-метрию, хроматографии, электрофорез, рентгенографию, электронную микроскопию, метод радиоактивных меток и другие).
Исследования проводят на лабораторных собаках, кроликах, морских свинках, крысах, белых мышах, лягушках и сельскохозяйственных животных (птицах, овцах, козах, свиньях, крупному рогатому скоту, лошадях), содержащихся в условиях, отвечающих критериям гуманного обращения с ними. Экспериментальные данные, полученные в ходе исследования лабораторных и сельскохозяйственных животных, могут быть использованы для объяснения соответствующих функций человека. Однако полной аналогии проводить не следует.