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如前文所述，药物临床试验分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期。抗肿瘤药物因其特殊性，因此，在实施过程中，对于受试者的选择，相关指标如剂量限制性毒性（dose limited toxicity，DLT）和最大耐受剂量（maximal tolerated dose，MTD）等的探索，以及受试者不良反应出现的处理，均与其他类型药物存在一定差异。
重视肿瘤患者的生活质量是近年来一个重要的发展趋向。随着医学科学的进步，许多女性生殖系统肿瘤患者得到了治愈，但她们的卵巢功能由于必需的化疗而可能遭到严重损害，从而丧失生育能力和女性内分泌功能，严重影响其生活质量。其主要的临床表现有月经不规律、不育、早绝经或合并出现潮热、盗汗、骨质疏松及泌尿、心血管等症状。卵巢早衰是恶性肿瘤患者一个主要的远期并发症。因此，在这些人群的研究中，除治疗疾病外，如何保护卵巢功能，降低化疗所致的卵巢功能损害亦尤为重要。就上述问题，试验设计中可考虑结合FDA于2017年发布的关于抗肿瘤药物生殖毒性试验和说明书技术指南（本章第三节已详细阐述，此处不再赘述）。
抗肿瘤药物的Ⅰ期临床试验主要目的是对药物的耐受性、药动学进行初步研究，为后期研究给药方案的设计提供数据支持。
Ⅱ期临床试验主要是探索性的研究，如给药剂量探索、给药方案探索、抗肿瘤有效性探索等，同时也观察对女性生殖系统的损害。
Ⅲ期临床试验则在Ⅱ期临床试验的基础上进一步确证肿瘤患者临床获益情况，为获得上市许可提供足够证据。
Ⅰ期临床试验是在大量的实验室研究、试管实验与动物实验基础上，将新疗法开始用于人类的试验。目的在于了解剂量反应与毒性，进行初步的安全性评价，观测人体对新药的耐受程度和药动学，为制订给药方案提供依据。
主要目的是探索不同给药方案下的MTD、DLT，确定Ⅱ期临床试验推荐的给药方案。同时了解新药人体药动学特征，获取初步药动学参数，并观察初步疗效，进行可能的药动学/药效学（PK/PD）分析。
抗肿瘤药物除需要满足一般GCP规定的受试者入选标准外，同时由于细胞毒性抗肿瘤药物具有较大毒性，为避免健康受试者遭受不必要的损害，初次进入人体的Ⅰ期研究一般应选择肿瘤患者进行（满足前述入选标准）。
受试者入选标准一般为：①年龄在18~45岁（因为她们不太可能突然发生与给药无关的疾病，而试验中发生不良反应的原因也易于判断），临床药动学研究中受试者应排除怀孕、月经期；②体重指数在19~25kg/m 2 ；③健康体检项目正常（经过体格检查，无严重的心、肝、肾、造血功能障碍者）；④3个月内未使用对肝、肾功有影响的药物；⑤自愿参加本试验，并签署知情同意书。
受试者的排除标准：①健康检查不符合受试者标准；②经常用药、嗜烟酒，3个月内参加过其他临床试验；③3个月内用过已知对某脏器有损害的药物或目前正在使用药物者；④有药物过敏史；⑤试验前患过其他恶性肿瘤；⑥有胃肠或肝、肾病史或现有上述疾病；⑦有其他影响吸收、分布、代谢和排泄等因素。
包括首次人体试验、耐受性与安全性、初步治疗窗探索。耐受性试验设计包括：剂量设计、起始剂量、最大剂量、剂量分组、受试者筛选、观察指标及结果判定。试验剂量设计：试验剂量包括单剂量（单次给药组）和多剂量（多次给药组或连续给药组）两种，主要是为了评估药物的初始安全性和耐受性。Ⅰ期临床试验应当先进行单剂量试验，再进行多剂量试验。Ⅰ期临床试验的剂量确定应当慎重，以保护受试者安全为原则。剂量设计时不仅要考虑初始剂量和最大剂量，还要考虑剂量梯度和终止指标（除一般终止指标外，还应酌情设定卵巢功能损伤的相应指标）等问题。
通常抗肿瘤药物的疗效和安全性与给药方案密切相关，不同的给药方案（如给药间隔和给药剂量等）可能产生不同的剂量限制性毒性（DLT）和最大耐受剂量（MTD）。对于细胞毒性药物而言，在毒性可以耐受的前提下应尽量提高给药的剂量达到最佳疗效，因此，临床研究早期宜尽可能对不同的给药方案进行探索，找出能够获得最大疗效且耐受性可以接受的给药方案。对新型的分子靶向治疗药物而言，其给药方案的探索可能不同于传统的细胞毒性药物的方法。由于肿瘤单药治疗容易产生耐药性，因此，抗肿瘤药物多采用联合治疗，通过毒性不完全重叠的化合物联合应用或者产生耐药性的机制不完全重叠的化合物联合应用，可以达到在可接受的毒性水平增加抗肿瘤活性的目的。新的作用机制和作用靶点药物的研发也提供了联合用药的理论基础，比如细胞毒性药物和非细胞毒性药物的联合治疗。有些靶向治疗药物单药疗效很低，但联合治疗可明显增强疗效，因此，在早期临床研究，甚至临床前研究中考虑联合用药方案的探索也是必要的，尤其是在药物早期研究中未能显示出充足的单药活性时，应考虑是否可以进行此方面的研究。
给药方案是决定药物疗效和安全性的关键性因素之一，Ⅰ期临床试验中应探索适宜的给药方案，探索不同给药方案下的人体耐受性。
多数抗肿瘤药物的治疗指数很小，较高的起始剂量可能导致患者出现严重毒性，甚至患者死亡，从而使得原本具有潜力的有效药物不能得以继续研发。另一方面，如选择过低的起始剂量，有可能使得试验周期延长，不利于研发进程，而且从伦理学角度考虑，不应使过多患者暴露在无效剂量下。因此，起始剂量的选择应当综合非临床药效、毒理和药动学/毒代动力学的研究结果综合考虑。
1）对于细胞毒性药物，Ⅰ期临床试验的单次给药起始剂量计算原则上相当于非临床试验中啮齿类动物MTD剂量的1/10，或非啮齿类动物MTD剂量的1/6，单位用mg/m 2 表示，同时还需考察MTD剂量在不同种属动物的毒性反应及可逆性，一般应选择最具相关性的动物的MTD估算所得剂量，在未知动物相关性的情况下，宜选择最敏感动物MTD进行计算。具体可参考《细胞毒类抗肿瘤药物非临床评价的技术指导原则》。
对于一些非细胞毒性抗肿瘤药，由于其毒性相对较小，Ⅰ期临床试验的单次给药起始剂量计算可采用非临床试验中非啮齿类动物NOAEL（no-observed-adverse-effect level，最大无毒性反应剂量）的1/5，或者更高。选择健康受试者时应参考《健康成年志愿者首次临床试验药物最大推荐起始剂量的估算指导原则》计算起始剂量。
2）多次给药起始剂量主要依据单次给药试验结果确定，同时应综合考虑临床前重复给药毒理研究结果。
若为国外已进行临床试验的新化合物，已有可靠的可借鉴临床试验资料，参照国外临床研究数据设计国内临床试验的起始剂量也是可以接受的。此时应当考虑不同人种间的差异可能带来的影响。
3）在进行联合用药探索性研究时，联合方案中的药物起始剂量确定需要考虑两者之间的相互作用可能导致毒性加倍甚至增加更多。如果一种新的联合疗法的抗肿瘤活性的程度依赖于理论推测，根据单个成分的毒性，通常有可能预测出联合疗法的毒性。如果能够排除相关的药动学相互作用，并且剂量-反应/毒性特性未知时，可以按照每种化合物单药治疗推荐剂量的1/2开始剂量探索研究。也可以按照其中的一种化合物的推荐剂量的全量而将其他化合物的剂量减量（50%或者更低）来开始研究。另外，给药的顺序也可能非常重要，联用的药物间给药顺序、给药间隔等都可能会影响药物的疗效和安全性，这些也必须在设计时给予充分考虑。
目前尚无可行的方法来筛选联合用药中每种成分之间的剂量比例以优化效益-风险比。因此，在剂量设计方面优先考虑在单药治疗时活性最高的化合物，也是可以接受的。
剂量递增方案的确定要考虑药物临床前研究的暴露量-效应/毒性曲线关系和个体差异确定。通常采用改良的Fibonacci方法设计剂量爬坡方案，即在初始剂量后，依次按100%、67%、50%、40%、30%~35%……递增。为尽量减少患者暴露于过低的无效剂量或高的毒性剂量，建议根据药物特点调整剂量递增的幅度。可以采用其他剂量递增方案设计方法，但研究方案中应阐明选择剂量递增方案的方法学和合理性，还应详细说明最大耐受剂量和剂量限制性毒性的具体定义。为避免更多受试者使用无效药物，在每一剂量水平应选用尽量少的可达到评价要求的患者，一般至少有3名或3名以上可评价的受试者。若出现明显毒性，应考虑增加受试者例数。如某一剂量组有1例出现DLT，则该剂量水平应继续增加3例受试者，如不再出现，可进入下一剂量组，如仍出现，则停止剂量爬坡。只有当特定剂量水平获得足够评价资料后方可进入下一个剂量水平。
每个剂量组不应同时入组2名或2名以上受试者，每例受试者应在确定前一例受试者未出现严重不良反应，并且进行了足够长的观察时间之后方可入组。原则上，不能在同一患者进行剂量递增试验。若观察到很小的毒性反应，或偶尔的不明显毒性，可在同一患者递增一个剂量，以减少患者接受无活性药物剂量的机会，但应有临床前毒理学试验结果提示试验药物无蓄积性。试验药物的毒性反应可能延迟发生，所以需要观察足够长的时间，通常剂量递增试验的观察时间应当到用药后3~5周。如果受试者毒性是可以接受的，受试者可以在毒性恢复之后再次用药，并且在同一剂量水平最好至少接受2个周期，以利于疗效的观察和评价。对于细胞毒性药物，剂量逐渐递增到MTD就可停止爬坡。有些非细胞毒性药物的毒性很小，可能在较高剂量下也不能观察到明显的MTD。但即使药物作用的活性靶点已经饱和，或在没有显著毒性的时候就观察到了明显疗效，也仍然建议研究更高的剂量，以便更好地明确化合物的安全性特点。如果剂量递增到可观察到疗效的剂量后，继续增加剂量并没有看到疗效的增加，而毒性明显增加，则应选择较低的剂量进行下一步的研究。
多次给药耐受性试验的给药间隔可参考临床前试验的推荐剂量间隔或肿瘤与正常组织的药物毒性比率，并结合人体单次给药的耐受性、药动学研究结果进行设计或调整。参考同类别药物获得的经验有助于选择给药间隔。在没有可参考临床资料时，细胞毒性药物可按照该类药物临床常规用法探索多种不同的给药方案，一般包括单剂量、每周1次、每日给药等给药方法，通过观察单次给药的毒性恢复时间来确定重复给药的间隔时间，每2~4周为一重复周期是较为常用的给药间隔。一些非细胞毒性药物（如酪氨酸激酶抑制剂）还应考虑其达到靶部位抑制的稳态浓度，多采用连续给药的方式。
不良反应性质和严重程度的评价标准遵照当时国际上通用的药物毒性反应标准[美国国立癌症研究所（National Cancer Institute，NCI）的常见毒性反应标准（Common Toxicity Criteria，CTC）]进行。尤其注意根据临床前研究结果以及在同类药物中观察到的不良反应来增加特别项目检查。也要特别注意临床前研究中未出现的毒性。给药部位的局部毒性要作特别记录，根据CTC标准对不良事件/反应进行分级，判断不良事件与试验药物的相关性，毒性的可逆程度，与剂量、疗程的关系。不良事件的评价不仅包括试验用药，还应包括毒性影响因素的评价，如器官功能失调、联合用药等。这些影响因素还要在Ⅱ/Ⅲ期临床试验中进一步说明。如果试验过程中发生死亡病例，应提供详细的个案报告。要特别明确死亡原因及其与研究用药的关系，如有可能需进行尸检并提供报告。
目的是了解新药在人体内的吸收、分布、代谢与排泄的规律，为制订合理的给药方案提供依据。选择推荐临床治疗用的剂量，确定用药后12~72小时内的血药浓度。流程为受试者筛选（一般选择8~12例18~40岁的健康志愿者，同一批试验受试者的年龄不宜相差10岁，体重为标准体重±10%，根据药物的药理学特点制订入排标准），入住Ⅰ期病房，服用试验用药及观察，血液样品采集，血液样品测定，数据统计分析。
影像学技术有助于研究药物在肿瘤组织靶部位的分布，必要时也可考虑采用现代影像学技术进行人体药物分布研究。因为药物可能用于不同疾病状态或不同年龄的人群，因此，可能需进行其他的特殊药动学研究，如肝肾功能不全患者、老年或儿童患者的药动学研究。同时要考虑进行影响药物吸收、代谢、分布和排泄的因素研究，如食物、合并用药、不同人种、不同性别的药动学研究。以上研究可根据临床研究的需要选择在临床研究不同阶段进行。药动学研究可单独进行，也可与耐受性试验合并进行。但进行人体药动学研究需征得受试者知情同意。
受试者例数确定及筛选，根据国家药品监督管理局指导原则和药物的性质确定受试者例数及入选、排除标准，通常为18~24例，根据其差异统计增加受试例数，采取自身交叉对照试验的方法，以对Ⅱ期临床试验起到指导作用，包括安全性、有效性及给药方案的制订。
由于抗肿瘤药物一般选择患者进行Ⅰ期临床试验，因此，可初步观察受试者用药的肿瘤反应情况，为后期有效性研究提供参考。疗效的评价应遵照当时国际上通用的实体瘤疗效评价标准（RECIST标准）。在征得受试者同意的情况下，提倡获取其体液、血液/血清、组织进行相关的肿瘤标志物检测和合理预测其可能的疗效，如分子靶向抗肿瘤药物可通过测定特定肿瘤标志物来初步预测其药理活性。若研究者判断受试者能够耐受且有可能继续获益的情况下也可以考虑持续用药多个疗程，有助于评价初步疗效。由于Ⅰ期临床试验纳入受试者数量少，尚不足以确定其可能的疗效如缓解率，因此，Ⅰ期临床试验的疗效评价要特别谨慎。
Ⅰ期临床试验最低病例数（试验组）为20~30例。
通过Ⅰ期临床试验，在受试者身上得到了为达到合理的血药浓度所需要的药物剂量信息，即药动学数据。在Ⅱ期临床试验，参照Ⅰ期临床试验的实际情况制订药物的剂量研究方案，要根据试验目的选择恰当的观测指标，包括诊断指标、疗效指标、安全指标。选择指标时，应注意其客观性、可靠性、灵敏度、特异性、相关性和可操作性。进一步考察药物是否具有抗肿瘤作用，了解药物的抗肿瘤谱，同时应更为详细地进行药物不良反应的观察，除了常见不良反应之外，还应注意观察药物少见的毒性、药物的蓄积性和重复给药毒性，并提出预防和处理毒性的方法。同时需要进一步阐明给药方案与安全有效性的关系。
由于Ⅱ期临床试验是探索性研究，而非确证性研究。因此，可以采用多阶段设计、自适应设计等较为灵活的设计方法。因此，在探索单药治疗效果时，可采用单臂设计（single-arm design）或剂量对照。但在有常规标准有效治疗方法时，应尽量采用随机对照设计，以平行对照为主。通常应该与常规标准有效治疗方法作为对照进行比较，目的是尽量在临床试验的早期阶段就能检验出药物相对于已有治疗在疗效上是否具有优势，提高判断是否进入下一阶段研究的把握度。
根据《药品注册管理办法》关于Ⅱ期临床试验病例数的规定，试验组应完成合格病例数不少于100例，试验组与对照组为1∶1比例。因此，应选择不少于200例符合上述入选标准和排除标准的患者，尽可能采取随机、双盲、平行对照的研究方法，分为试验组或对照组，以观察试验药物的疗效；或分别给予不同剂量的试验药物（至少应有3个不同的剂量组），从而确定在确证性临床试验的治疗剂量。
药物的治疗周期根据研究所选择的终点疗效指标及药物的半衰期而确定。在进入随机之前都有一个导入期，若原已用过抗肿瘤药则尚需有一个洗脱期，该期长短视原用药物的半衰期长短而定，应历时5个半衰期。
Ⅱ期临床试验的受试者的入选条件与Ⅰ期基本相同，或根据Ⅰ期研究结果进行适当调整，但对于实体肿瘤患者，每个受试者应至少有一个按RECIST标准可测量的肿瘤病灶，以定量分析药物的抗肿瘤疗效。对于妊娠滋养细胞肿瘤，可根据临床、放射学和/或实验室检查等作出相对肯定的诊断。
Ⅱ期临床试验应在Ⅰ期临床试验的基础上进一步探索和优化给药方案，可考虑同时采用两个或多个剂量组，对给药方案进行细化和调整，包括给药剂量、给药间隔、速度、疗程、合理的剂量调整，以及联合放化疗方案等。应根据临床药理学资料充分考虑可能影响疗效和安全性的所有因素，不能同时给予可能影响药物疗效的其他治疗，也尽量避免给予可能与试验药物存在相互作用的其他药物。Ⅱ期临床试验中给药方案研究充分与否将影响到Ⅲ期临床试验给药方案的选择，否则Ⅲ期临床试验的方案可能不是最佳的给药方案，增加Ⅲ期临床试验失败的风险。
我国现行法规规定，Ⅱ期临床试验试验组和对照组的例数都不得低于100例。
Ⅱ期临床试验结果评价应包括以下内容：所考察的每个瘤种的客观缓解率。根据客观缓解率判断药物是否具有抗肿瘤活性，决定药物是否值得进一步研究或应淘汰。根据每个肿瘤的客观缓解率，选出对药物最敏感和/或中等敏感的瘤种，作为推荐Ⅲ期临床试验的适应证。如同时观察了生存期、生活质量和临床症状等方面的疗效评价指标，也应尽可能一并进行总结。但Ⅱ期临床试验的主要目的是初步考察药物的生物活性，因此，并非必须获得生存方面的数据才可进入Ⅲ期临床试验，建议根据药物特点综合考虑。生存方面的观察可与Ⅲ期临床试验同时进行。优选出最合理的给药方案，包括给药剂量、给药间隔和疗程，以及联合放化疗的方法等，作为推荐Ⅲ期临床试验的给药方案。总结药物的毒性反应类型、发生率、严重程度、发生时间及持续时间、是否可逆、与剂量和疗程的关系、临床后果，以及处理方法等，提出根据毒性反应进行剂量调整的原则，作为Ⅲ期临床试验中需关注的重点。
Ⅲ期临床试验是在Ⅰ、Ⅱ期临床试验的基础上，将试验药物用于更大范围的患者志愿者身上，进行扩大的多中心随机对照临床试验，目的是进一步验证和评价试验药物的有效性和安全性，是治疗作用的确证阶段，也是为药品注册申请获得批准提供依据的关键阶段。
采取随机、双盲、多中心、阳性药平行对照、优效性临床试验。对试验药物和对照药物（在抗肿瘤药物临床试验中对照组受试者不给予抗肿瘤药物治疗通常认为是不合伦理的。在已有常规标准有效治疗方法时，应选择临床上标准治疗方案为对照。此时可采用优效性设计或者非劣效性设计。在缺乏有效治疗方案的情况下，采用最佳支持治疗或安慰剂作为对照是可接受的；联合用药研究可采用已知有效药物联合与不联合新药进行对比；也可以在某一有效联合化疗方案中，以新药取代一已知的药物并与原联合化疗方案进行对比，旨在证实新药在联合化疗方案中的作用）的有关参数进行比较。试验结果应当具有可重复性。可以说，该阶段是临床研究项目的最繁忙和任务最集中的部分。除了对成年患者研究外，还要特别研究药物对老年、儿童患者的安全性影响。药物的治疗研究周期仍根据所选择的终点疗效指标及药物的半衰期而确定。阳性对照药应选择同一类疗效确定及不良反应少且已经上市的药物。
Ⅲ期临床试验应选择在Ⅱ期临床试验观察到的有一定疗效的肿瘤类型，同样应符合入选Ⅱ期临床试验的基本条件。筛选出的每个瘤种都需要进行大样本、随机、对照试验来确证其疗效和安全性。每个瘤种样本量应依据两组主要疗效指标的预期差异，依据统计学原理估算得到。样本含量的估计应根据主要疗效指标来确定。如果主要疗效指标是时间-事件变量，则需要根据相应的生存分析（survival analysis）方法估计样本含量。同时应适当扩大特殊受试人群，进一步考察不同对象所需剂量及其依从性。
我国现行法规规定，Ⅲ期临床试验试验组例数不低于300例，对照组与治疗组的比例不低于1∶3，具体例数应符合统计学要求。
早期临床试验（Ⅰ/Ⅱ期）主要是评价安全性及确定药物的生物活性，如肿瘤的客观缓解，Ⅲ期临床试验则主要评价药物是否提供临床受益。因此，支持药物批准上市的疗效终点指标通常应当是显示临床受益的证据，如总生存的延长，或者已经建立的可以预测临床受益的替代终点。
Ⅳ期临床试验是在抗肿瘤药物上市后的实际应用过程中加强监测，在更广泛、更长期的实际应用中继续考察疗效及不良反应，评价在普通或者特殊人群中使用的利益与风险关系，以及改进给药剂量等。应注意对不良反应、禁忌、长期疗效和使用时的注意事项进行考察，以便及时发现可能有的远期不良反应，并对其远期疗效加以评估。此外，还应进一步考察对患者的经济与生活质量的影响。
Ⅳ期临床试验病例的选择可参考Ⅱ、Ⅲ期临床试验的设计要求，同时应注重对特殊人群（如老年人、儿童、肝肾功能不全者）的应用研究，因为不同人群及不同的瘤种对同一药物可能存在不同的反应性。
根据我国《药品注册管理办法》，Ⅳ期临床试验应在多家医院进行，观察例数不少于2 000例。