เป็นกลุ่มของศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างทางเคมีของตัวยา, รูปแบบเภสัชภัณฑ์, การวิเคราะห์ยา การค้นหาตัวยาจากแห่งธรรมชาติและการสังเคราะห์ทางเคมี ตลอดจนการศึกษาผลของยาต่อร่างกาย ซึ่งประกอบด้วยศาสตร์ทางวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์ อาทิ เคมี, ฟิสิกส์, ชีววิทยา, คณิตศาสตร์, สถิติศาสตร์ และ วิศวกรรมเคมี วิทยาศาสตร์เภสัชกรรมประกอบด้วยแขนงวิชาหลัก 5 สาขา อันประกอบด้วย เภสัชวิทยา, เภสัชเคมี, เภสัชวิเคราะห์, เภสัชภัณฑ์ และ เภสัชเวท

เภสัชเคมี

เภสัชศาสตร์มีความสัมพันธ์อย่างยิ่งกับวิชาเคมี โดยเฉพาะการบูรณาการด้านเภสัชเคมี เพื่อออกแบบและค้นหาลักษณะโมเลกุลของสารที่นำมาพัฒนาเป็นยา วิถีการสังเคราะห์ยา การตรวจสอบเอกลักษณ์ของสาร และการปรับปรุงโครงสร้างทางเคมีของตัวยา สิ่งเหล่านี้จำเป็นอย่างยิ่งเมื่อยาได้รับการพัฒนาในเชิงอุตสาหกรรม นอกจากนี้การออกแบบโมเลกุลของยายังต้องคำนึงถึงคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของยา ผลทางชีวภาพในสิ่งมีชีวิต ความคงตัวของยา และความปลอดภัยอีกด้วย[9]

กระบวนการทางเภสัชเคมีโดยทั่วไปประกอบด้วย 3 ขั้นตอน คือ การค้นพบยาซึ่งมีความสัมพันธ์กับการตรวจหาเอกลักษณ์ของสารโดยนิยมเรียกว่า "ฮิตส์" ซึ่งอาจมาจากแหล่งธรรมชาติและการสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการก็ได้ เมื่อเราได้ฮิตส์ที่มีคุณสมบัติที่น่าสนใจแล้วนั้น ขั้นตอนต่อไปคือการปรับปรงฮิตส์เหล่านี้ให้มีคุณสมบัติที่เหมาะสม กล่าวคือ มีฤทธิ์ของยาสูงสุดและมีพิษน้อยที่สุด เมื่อได้โมเลกุลที่น่าพึงพอใจแล้ว ก็เข้าสู่ขั้นตอนสุดท้ายของการพัฒนาเป็นตัวยา ซึ่งมีความสัมพันธ์กับด้านเภสัชภัณฑ์ในการออกแบบให้เป็นยาที่เหมาะสมต่อการใช้และออกฤทธิ์ได้ในอวัยวะเป้าหมายที่ต้องการ

เภสัชวิทยา

สารพันเรื่องราวที่เกี่ยวข้องกับเภสัชวิทยา เช่น ประสาทเภสัชวิทยา, เภสัชวิทยาการขับถ่าย, เมตาบอลึซึมของมนุษย์, เมตาบอลิซึมในเซลล์ และการควบคุมภายในเซลล์

การศึกษาทางเภสัชวิทยาคือการศึกษาเกี่ยวกับผลของยา[10] ต่อร่ายกายสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะการศึกษาเปรียบเทียบปฏิกิริยาภายในและภายนอกร่างกายว่ามีการเปลี่ยนแปลงหน้าที่ของอวัยวะภายในร่ายกายหรือไม่ เมื่อยาที่ผ่านการทดสอบทางเภสัชวิทยาแล้วว่ามีคุณสมบัติทางการรักษาจะนำมาพัฒนาเป็นเภสัชภัณฑ์ การศึกษาทางเภสัชวิทยาประกอบด้วยการศึกษากลไกการออกฤทธิ์, การตอบสนองของร่างกายต่อยา, อันตรกิริยา, ผลข้างเคียงและความเป็นพิษ และการใช้ยาเพื่อการรักษาโรค โดยอาจแบ่งการศึกษาผลทางพิษของยาหรือสารที่เป็นพิษแยกออกจากวิชาเภสัชวิทยาไปเป็นวิชาพิษวิทยา

เภสัชวิทยายังมีสาขาสำคัญอีก 2 สาขา คือ เภสัชจลนศาสตร์ ที่ศึกษาเกี่ยวกับช่วงเวลาของยาที่อยู่ในร่างกาย การสลายตัวและครึ่งชีวิตรวมถึงปริมาณการกระจายตัวของยา และสาขาเภสัชพลศาสตร์ ที่ศึกษาเกี่ยวกับบริเวณการออกฤทธิ์ของยาและบริเวณที่เกิดพิษ

เภสัชจลนศาสตร์

เภสัชจลนศาสตร์เป็นการศึกษาที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการดูดซึม, การกระจาย, เมตาบอลิซึม และ การกำจัดยาออกจากร่างกาย[11] โดยเน้นการศึกษาว่าผลของร่างกายภายหลังได้รับยานั้น โดยมีขึ้นตอนหลัก 4 ขั้นตอน เรียกย่อว่า ADME

เภสัชพลศาสตร์

เภสัชพลศาสตร์คือการศึกษาผลทางสรีรวิทยาของยาในร่างกายหรือจุลินทรีย์ ปรสิต รวมไปถึงผลไกปฏิกิริยาของยาและความสัมพันธ์ของความเข้มข้นของยาและผลของยา [12] กล่าวคือเป็นการศึกษาว่ายาส่งผลอย่างไรต่อร่างกายบ้าง ผลเหล่านั้นสามารถจำแนกออกได้ 2 ประเภท คือ ผลอันพึงประสงค์และผลอันไม่พึงประสงค์ของยา ยาโดยทั่วไปเมื่อเข้าสู่ร่างกายจะออกฤทธิ์ใน 5 รูปแบบ คือ กดการทำงาน, กระตุ้นการทำงาน, ทำลายเซลล์, การระคายเคือง และการแทนที่สาร ปัจจุบันมีการประเมินผลทางเภสัชพลศาสตร์ต่อสิ่งมีชีวิตด้วยคอมพิวเตอร์ใน 2 โปรแกรม คือ มัลติเซลลูลาร์ฟาร์มาโคไดนามิกส์ (Multicellular Pharmacodynamics) หรือ MCPD เป็นการศึกษาคุณสมบัติกลุ่มเซลล์ที่อยู่กับที่และภาวะเคลื่อนไหวในเชิง 4 มิติ โดยปฏิบัติทั้งในคอมพิวเตอร์และสิ่งมีชีวิตเพื่อเปรียบเทียบกัน และโปรแกรมเน็ตเวิร์กมัลติเซลลูลาร์ฟาร์มาโคไดนามิกส์ (Networked Multicellular Pharmacodynamics) หรือ Net-MCPD ซึ่งใช้ศึกษาผลของยาต่อสารพันธุกรรม

เภสัชภัณฑ์

ภายหลังจากการสังเคราะห์หรือสกัดค้นพบหรือได้มาซึ่งตัวยา และผ่านการทดสอบทางเภสัชวิทยาแล้ว จะต้องมีการตรวจคุณสมบัติของสารเชิงโมเลกุล อาทิ สมบัติการไหลของสาร, ขนาดของอนุภาค, ความพรุนของสาร เป็นต้น แล้วนำไปเป็นปัจจัยในการเลือกหารูปแบบเภสัชภัณฑ์ที่เหมาะสมแก่ยาเหล่านั้น การออกแบบเภสัชภัณฑ์เหล่านั้นต้องอาศัยความรู้ทางเภสัชภัณฑ์หรือวิทยาการเภสัชกรรม "เภสัชภัณฑ์" ตามความหมายของพจนานุกรมการแพทย์ได้ให้ความหมายไว้ว่า เป็นศาสตร์ทางการเตรียมเภสัชภัณฑ์[13] แต่ทั้งนี้เภสัชภัณฑ์มีความมุ่งเน้นไปยังสารใหม่ที่ใช้เป็นยา

ในการเลือกรูปแบบเภสัชภัณฑ์จำเป็นต้องมีการผสมสารที่นำมาใช้เป็นยาเข้ากับสารเติมแต่งหรือสารปรุงแต่งทางเภสัชกรรมอีกด้วย โดยการออกแบบนั้นมีเป้าหมายสำคัญคือการนำส่งยาสู่อวัยวะเป้าหมายในการออกฤทธิ์ และต้องคำนึงถึงรูปแบบยาเตรียมที่มีความสะดวก มีความคงตัว ปลอดภัย และคงประสิทธิภาพในการรักษา สารที่นำมาใช้เป็นยาชนิดหนึ่งสามารถเตรียมได้ในหลายรูปแบบเภสัชภัณฑ์ ทั้งนี้ปัจจัยที่จำเป็นต้องพิจารณาได้แก่ ปัจจัยทางชีวเภสัชกรรม เหี่ยวกับวิธีการดูดซึมของยาและเวลาการออกฤทธิ์ของยา, ปัจจัยด้านการรักษาว่าต้องการให้ยาออกฤทธิ์ในบริเวณใด ส่วนใด ระยะเวลาออกฤทธิ์เท่าใด และปัจจัยด้านยาว่ามีความคงตัวทางเคมีหรือไม่ ลักษณะทางกายภาพเหมาะสมหรือไม่ อาทิ การละลาย เป็นต้น[14] ภายหลังการได้มาซึ่งรูปแบบเภสัชภัณฑ์ที่เหมาะสมแก่ตัวยานั้นแล้ว จะต้องมีการตั้งสูตรตำรับของยา

เภสัชอุตสาหกรรม

โรงงานยาในประเทศเยอรมนี

เภสัชอุตสาหกรรมเป็นสาขาวิชาทางเภสัชศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนา การผลิต และสิทธิบัตรยา[15] เดิมเภสัชกรจะเป็นผู้เตรียมยา แต่ปัจจุบันการพัฒนายาและคุณสมบัติของยาจัดทำโดยภาคอุตสาหกรรม ถือกำเนิดขึ้นในราวคริสต์ศตวรรษที่ 19 เมื่อมีการค้นพบยาอินซูลินและเพนนิซิลิน และเติบโตขึ้นอย่างมากในช่วงคริตทศวรรษ 1970 เมื่อเริ่มมีการออกกฎหมายคุ้มครองสิทธิบัตรยา เภสัชอุตสาหกรรมจำแนกได้ในสองสาขาคือ สาขาวิจัยและพัฒนา และสาขาการผลิต

เภสัชเวท

เภสัชกรชาวโปรตุเกสกำลังสกัดและแยกสารเพื่อนำมาใช้เป็นยา

มนุษย์มีความเกี่ยวข้องกับธรรมชาติและนำผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติใช้เป็นยาในการรักษาโรคมาเป็นเวลาช้านาน โดยเภสัชเวทเป็นศาสตร์ทางเคมีที่ศึกษาเกี่ยวกับเครื่องยาที่เกี่ยวกับพืชและสมุนไพรจากแหล่งตามธรรมชาติ[16] ทั้งนี้ยังหมายรวมถึงสัตว์, จุลินทรีย์, แร่ธาตุ และกระบวนการผลิตยาจากธรรมชาติด้วย อาทิ การสกัดสารที่นำมาใช้เป็นยาจากพืช เป็นต้น[17] โดยสมาคมเภสัชเวทแห่งสหรัฐอเมริกาได้ให้คำจำกัดความมของเภสัชเวทไว้ว่า "เป็นการศึกษาลักษณะทางกายภาพ, เคมี, ชีวเคมี และคุณสมบัติทางชีวเคมีของยา, สารที่นำมาใชเป็นตัวยา หรือศักยภาพของตัวยา หรือสารตัวยาจากธรรมชาติตลอดจนการค้นพบยาตัวใหม่จากธรรมชาติ"[18] เภสัชเวทมีการจำแนกในสาขาย่อยๆอีกหลายสาขา ได้แก่ พฤกษศาสตร์พื้นบ้าน (ethnobotany), เภสัชพฤกษศาสตร์วิทยา (ethnopharmacology), การบำบัดด้วยพืช (phytotherapy), สัตวเภสัชเวท (Zoopharmacognosy), เทคโนโลยีชีวภาพ, ปฏิกิริยาของสมุนไพร และเภสัชเวทใต้ทะเล

พืชในธรรมชาติหลายชนิดโดยแต่ละชนิดสารมารถสังเคราะห์สารเคมีได้หลากหลายและโดยมนุษย์ได้นำมาใช้เป็นยาทั้งในรูปของการใช้ส่วนของพืชสดตลอดจนการสกัด เพื่อให้ได้สารเคมีออกมา และจัดกลุ่มอนุกรมวิธานของพืชตามประเภทของสารพฤกษเคมีที่พืชผลิตผ่านวิถีชีวสังเคระห์ของพืช เรียกการจัดประเภทในลักษณะดังกล่าวว่า "Chemotaxonomy" อาทิ สารจำพวกแทนนิน คาร์โบไฮเดรต น้ำมันหอมระเหย คาร์ดิแอกไกลโคไซด์ แอลคาลอยด์ เป็นต้น[17] ซึ่งแต่ละกลุ่มสารจะมีอนุพันธ์ของสารที่นำมาใช้เป็นยาได้อีกหลายชนิด โดยจัดจำแนกกลุ่มของสารตามสูตรโครงสร้างทางเคมี และแต่ละกลุ่มจะมีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาที่คล้ายคลึงกัน เช่น กลุ่มคาร์ดิแอกไกลโคไซด์จะมีคุณสมบัติในการรักษาโรคหัวใจและการบำรุงหัวใจเป็นส่วนใหญ่[19] หรือในกลุ่มแทนนินส์ที่มีฤทธิ์ทางการฝาดสมาน เป็นต้น

ปัจจุบันการใช้ยาสมุนไพรเป็นที่นิยมมากขึ้นในปัจจุบัน เนื่องจากมีผลงานการวิจัยหลายผลงานที่สนับสนุนความสามารถของสารในพืชต่อการรักษา และในสารบางกลุ่มซึ่งไม่สามารถสังเคราะห์ให้ได้ในรูปของอนุพันธ์ที่ต้องการ หากแต่พืชสามารถสังเคราะห์สารดังกล่าวได้ เป็นต้น

เภสัชพฤกษศาสตร์

เภสัชพฤกษศาสตร์มีความสัมพันธ์และคล้ายคลึงกับวิชาพฤกษศาสตร์ แต่เป็นการศึกษาสัณฐานของพืชเพื่อนำไปใช้ทางเภสัชกรรม เภสัชพฤกษศาสตร์เป็นการตรวจสอบลักษณะที่สำคัญของพืชในแต่ละวงศ์ อาทิ ใบ ดอก ลำต้น ผล

รากเป็นส่วนของพืชที่อยู่ใต้ดิน มีหน้าที่โดยทั่วไปในการดูดซึมน้ำและแร่ธาตุในดินรวมทั้งการลำเลียงน้ำและแร่ธาตุขึ้นไปส่วนอื่นๆของพืช นอกจากนี้รากยังทำหน้าที่ค้ำจุนพืชและสะสมอาหารในพืชบางประเภท โดยทั่วไปไม่นิยมนิรากมาใช้ในการตรวจเอกลักษณ์ของพืชเนื่องจากมีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันในพืชหลายชนิด เมื่อพ้นส่วนใต้ดินไปแล้วจะมีลำต้นในการชูต้นเป็นแกนหลักของพืช ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำและแร่ธาตุและสะสมอาหารในพืชบางชนิด โดยทั่วไปบนลำต้นจะมีกิ่งแตกก้านเป็นสาขา

ดอกและช่อดอกเป็นที่นิยมในการจัดจำแนกพืชอย่างยิ่ง โดยแบ่งตามฐานของกลีบดอก และส่วนประกอบพิเศษของดอกและใบ เมื่อดอกได้รับการปฏิสนธิแล้วจะเจริญเป็นผล

เภสัชวิเคราะห์

เมื่อมีการผลิตเภสัชภัณฑ์ออกมาผ่านกระบวนการทางเภสัชอุตสาหกรรมแล้ว จำเป็นต้องมีการควบคุมคุณภาพของเภสัชภัณฑ์โดยใช้ศาสตร์ทางสาขา "เภสัชวิเคราะห์" ซึ่งมีพื้นฐานมากจากวิชา "เคมีวิเคราะห์" เภสัชวิเคราะห์เป็นการใช้ความรู้ทางเคมีวิเคราะห์มาประยุกต์ใช้ในการตรวจสอบเภสัชภัณฑ์ ยา อาหาร เครื่องดื่ม สารพิษ สารเสพติด สารตัวอย่างจากแหล่งธรรมชาติ เพื่อการควบคุมคุณภาพเภสัชภัณฑ์ และการคุ้มครองผู้บริโภค

วิชาเภสัชวิเคราะห์จำแนกได้เป็น 2 ส่วน คือ เภสัชวิเคราะห์เพื่อการควบคุมคุณภาพในโรงงานยาและเครื่องสำอาง และเภสัชวิเคราะห์เพื่อการคุ้มครองผู้บริโภค อาทิ ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา เป็นต้น

วิธีการทางเภสัชวิเคราะห์สามารถจำแนกได้หลายรูปแบบ เช่น การวิเคราะห์เชิงน้ำหนัก, การวิเคราะห์เชิงปริมาตร, การวิเคราะห์เชิงแสง ,การวิเคราะห์เชิงไฟฟ้าเคมี, การวิเคราะห์ทางโครมาโตกราฟฟี และ การวิเคราะห์ทางสเป็คโตรโฟโตเมทรี เป็นต้น