从本质上说，药物都是化学物质，其检测方法均为临床化学的常用技术。但体液中的药物大多以μg/ml或ng/ml水平存在，并且其检测不仅受同时存在的多种结构相似的内源性物质干扰，还受和原型药仅有微小差别的代谢物干扰。而某些药物的TDM除原型药外，还需同时检测具药理活性的代谢物。另一方面，药物的有效浓度范围和中毒水平，是结合大量临床观察确定的，要求任何实验室建立的测定方法应具有高度可比性。下面将仅结合药物测定的特殊要求，对常用临床化学技术作一评估性介绍。
（一）光谱法
多数药物或代谢物本身在紫外光区即存在吸收峰，一些药物或代谢物受激发后，本身即可发射荧光；而另外一些药物还可通过特异的显色反应用分光法检测。但无论可见光分光光度法、紫外光度法还是荧光光度法，用于体液中药物检测时，都存在灵敏度低、特异性差的缺点，特别是易受代谢物干扰。虽然采用提取、双波长、示差、导数分光光度法等试图提高其灵敏度和特异性，仍未能从根本上克服上述缺点。但光谱法操作简便，所需仪器一般临床实验室都具备，检测成本低，便于推广。对治疗血药浓度水平较高，经适当方法改良光谱法能满足临床需要的药物，现阶段仍不失为一可采用的方法，如阿司匹林、对乙酰氨基酚、氨茶碱、苯妥英钠、苯巴比妥钠等。
火焰发射光谱法和原子吸收光谱法特异性及灵敏度均高，操作也较简便，但仅能用于某些含体内仅微量存在的金属离子药物。在TDM中可供锂盐、铂盐检测用。
（二）色谱法
又称层析法。系通过层析作用，使样品中理化性质不同的组分得以分离，若再配以适当的检测器，则可同时完成定性、定量工作。特异性高，可同时检测同一样本中的不同组分，是色谱法的共同优点，这在TDM中尤有意义。薄层色谱法（TLC）虽然不断改进定量点样技术并使用扫描定量，但其灵敏度及重复性仍低于其他色谱法，除用于毒物的检测外，在TDM工作中较少应用。
自60年代末期相继发展成熟的气相色谱法（GC）和高效液相色谱法（HPLC），由于实现了高效层析分离和检测联机，可用微电脑控制层析条件、程序和数据处理，其特异性、灵敏度和重复性均好，并可一次同时完成同一样本中多种药物及其代谢物检测。若采用内标本法定量，还可排除部分操作误差，提高检测结果的可靠性。HPLC和GC相比，由于不需对样品高温气化，一般都可不进行衍生化处理；另一方面，HPLC的固定相种类较多，流动相通过改变其组成成分及比例更是千变万化。二者适当组合，可对绝大多数有机化合物药进行分离测定。事实上，正是GC和HPLC这类先进可靠的检测方法的应用，促进了TDM的形成和发展。特别是HPLC已成为TDM的重要检测技术，并常用作评估其他方法的参考方法。当然，GC和HPLC一般均要求对样品进行预处理，两法所用仪器都昂贵尚难普及。但从发展的观点看，HPLC仍将成为国内TDM的主要分析方法。近年来发展的GC-质谱、HPLC-质谱联机检测，更使这类分析手段的性能极大提高。
（三）免疫化学法
不少药物都是半抗原或抗原，所以可引起过敏反应。若能制备这些药物相应的特异性抗体，即可根据抗原-抗体反应的特异性，应用免疫化学法检测这些药物。TDM应用的免疫化学法一般都采用竞争性免疫分析，即通过定量加入的少量特异性抗体，与标本中相应的抗原或半抗原性药物及定量加入的标记药物间，产生竞争性结合，检测标记药物与抗体结合的抑制程度，和同样处理的标准管比较，便可对样本中的药物定量。免疫化学法灵敏度极高，大多可达ng甚至pg检测水平，可满足所有药物TDM的要求；该法所需标本量少，一般均不需预处理，操作简便，并可制成商品化试剂盒；还可利用一般生化、荧光自动分析仪进行自动化操作。这些都是免疫化学法的优点。
但在TDM中免疫法存在的主要问题是，特异性易受干扰。干扰因素除来自内源性物质外，特殊的是抗原性决定基团未发生变化的待测药物的代谢，或具相同相似抗原性的其他药物及代谢物。如强心药地高辛、洋地黄毒甙、地高辛代谢物二氢地高辛，均可与地高辛抗体结合。显然，在体内几乎不发生代谢转化而原型排泄的药物，则较少代谢物干扰，尤其适用于免疫法检测，如庆大霉素等氨基甙类抗生素。当然，只有具备完全或半抗原性的药物，并要能制备特异性抗体，才能用免疫化学法进行TDM。但总的来说，由于免疫化学法的前述优点，仍是TDM检测技术发展的主要方向。
免疫化学法根据标记物性质不同，可分做放射免疫法、荧光免疫法和酶免疫法三类。根据测定中是否要分离与抗体结合和未结合的标记物，又可分为多相（需分离）和均相（不分离）免疫分析法两种。放射免疫法虽存在放射性污染，又是多相体系，分离结合和未结合标记物操作繁杂，影响因素多，而分离效果又直接影响测定结果，但其灵敏度高，标记技术相对成熟，国内生产的TDM试剂盒多为此类。荧光免疫法按反应体系及定量方法不同，还可进一步分做若干种。与放射免疫法相比，荧光免疫法无放射性污染，并且大多操作简便，便于推广。国外生产的TDM用试剂盒，有相当一部分即属于此类，并且还有专供TDM荧光偏振免疫分析用的自动分析仪生产。酶免疫分析法是目前国外TDM免疫分析中最常采用的方法，特别是均相酶免疫分析法。本法除具有荧光免疫法的优点外，通过选用合适的标记酶，在目前已较广泛普及的多种自动化分析仪即可实现自动化操作，更利于推广。特别是近年来，在TDM的酶免疫分析中，应用酶偶联反应原理，以辅酶黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）标记药物，将葡萄糖氧化酶蛋白、偶联辅助酶－过氧化物酶及底物和显色剂4-氯-1-萘酚固化在薄膜上，制成类似pH试纸样的试条。测定时，只要滴上微量样品，根据成色深浅，即可作出药物浓度的粗略判别。这一方法使病人自我或临床医师病床旁方便快速进行TDM工作成为可能。目前国外已有供茶碱和苯妥英钠测定用的这种试条问市。无疑这一方法的推广，将有助于促进TDM的普及，具有良好的发展前景。
（四）其他检测方法
抑菌试验曾用于测定体液中的抗菌药物浓度。该方法简便易行，可利用临床细菌室即可开展。但其特异性、灵敏度、重复性均差，定量粗糙，并易受同时使用的其他抗菌药物的干扰，在TDM中已较少使用。一些本身即为内源性物质的药物，如钾、钠、钙、激素药等，在临床检验中已有成熟的检测方法，则可借用。
必须指出，多数需进行TDM的药物，都有不只一种方法可供选用。应根据测定药物的有效血药浓度水平所决定的灵敏度要求，是否需同时检测多种药物或活性代谢物，可供选用的仪器设备及检测经济成本等，综合考虑，确定一能满足临床要求的可行方法。