L 'expérimentation animale consiste à utiliser des animaux comme modèles, pour mieux comprendre la physiologie et tout particulièrement pour tenter de prévoir ce qui se passe chez l'Homme.
Pour des raisons de taille, de prix et de temps, la très grandes majorité des expérimentations animales se font sur des rongeurs. La souris étant de mieux en mieux connue au point de vue génétique, son usage augmente plus que celui des autres espèces.
L'expérimentation animale est une pratique controversée, certaines personnes pensant qu'on fait ainsi souffrir des animaux, sans apporter aucun bénéfice ni pour eux, ni pour les humains. De fait, l'examen scientifique de la question "l'expérimentation animale permet-elle de prédire ce qui se passe chez l'Homme" ne donne pas la même réponse selon les domaines : parfois utile, parfois inutile, mais souvent mal utilisée, telles sont les réponses que l'on trouve dans la littérature scientifique.
Selon le rapport 2003 de la Commission européenne sur l'expérimentation animale, environ 10 millions de vertébrés, dont environ 80% de rongeurs et de lapins et 10000 singes, ont été utilisés en 2002 par les États membres.
Le modèle animal est parfois imparfait : il existe des discordances entre l'effet de certains produits chez l'animal et chez l'être humain. Certains traitements, démontrés comme efficace chez l'homme, n'ont eu que peu ou pas d'efficacité chez l'animal et inversement.
Le problème éthique est également posé, notamment dû aux souffrances infligées à l'animal. Ce débat est lié d'une manière plus générale à celui de la notion de bien-être animal.
La Dose létale 50 est un exemple d'expérimentation animale qui a pour objectif de mesurer la toxicité des produits.
Les animaux servent également à expérimenter de nouveaux traitements, qu'ils soient médicamenteux ou chirurgicaux. Dans ce dernier cas, l'utilisation d'animaux de grande taille (porcs et chiens surtout) est nécessaire, les rongeurs étant trop différents de l'Homme, et malcommodes à manipuler de par leur petite taille. Des réglementations nationales et internationales obligent les chirurgiens qui opèrent ainsi des animaux à pratiquer ces actes sous anesthésie, tant pour éviter la souffrance des animaux, que pour permettre des gestes précis sur un être détendu et immobile.
Les animaux permettent de tester les moyens de soigner, mais aussi de prévenir certaines maladies. Quand les animaux n'ont pas spontanément la maladie que l'on souhaite étudier, on est conduit à leur donner (par exemple en leur faisant suivre un régime athérogène, ou en leur injectant un cancérigène), ou à sélectionner des animaux présentant spontanément la pathologie étudiée (par exemple des souris Min qui développent des cancers digestifs). Un exemple précis d'études de prévention est donné par la base de donnée de chimioprévention, qui recense tous les essais de prévention du cancer colorectal.
L'expérimentation animale permet de comprendre le fonctionnement de l'organisme, des organes et des cellules. Beaucoup d'études ne pourraient être menées ni chez l'Homme (car trop dangereuses) ni sur des cellules isolées (car faisant intervenir plusieurs organes en interaction, par exemple par des hormones). C'est d'ailleurs l'un des succès le plus souvent avancé de l'expérimentation animale que la découverte des hormones par Claude Bernard, et la mise en évidence de l'Insuline par Frederick Banting et John Macleod qui leur valu le Prix Nobel de médecine en 1923. En fait, une partie des découvertes ayant valu à leur auteur un prix Nobel de médecine et de physiologie ont été obtenues à partir d'expérimentations animales.