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科学家会因为基础科学的某个理论而在实验室研究多年，然后才有权开发出几款“原型”，进行深入测试。经过一个反反复复且往往长达数年的过程，这些“原型”才能在试管中和动物身上进行测试，然后被送回实验室进行调整，从而进一步完善理论，并从理论上提升感知的有效性或安全性。经过这些调整之后，这些“原型”会经历一次又一次的测试，以期找到最佳候补选项。我们会进行临床前和毒理学研究、反应原性研究、病毒中和性研究、免疫原性研究、疗效研究等各种高度专业化研究。一般而言，评估不同“原型”所需的测试和试验尚不存在，因此也需要研究人员在检测“原型”之前创建出来。每当研究人员发现老鼠发烧或弱病毒中和等不愿看到的现象，就会进行额外的实验来理解这些影响，并提出修改“原型”的建议。当然，研究这些“原型”的分子工程师还要考虑其他许多问题。例如，“原型”必须具有化学或生物上的可扩展性。这意味着， 一旦成功，这些“原型”便可投入大规模、高质量的生产；如果失败，这一颇有前景的“原型”开发便可能化为泡影。这种开发并非总能获得成功。 很多时候，我们之所以停止开发颇有前景的分子，是因为这些分子无法在实验室外进行大规模复制。
如果这些实验室的临床前研究取得了成功，就能确定一些候选疫苗，让我们有充分的理由相信它们的安全有效性。然后，试验人员便开始在人体上进行临床试验。首先要进行的研究是确定合适的剂量。这些是在健康的志愿者（被试）身上进行的第一阶段临床试验，我们称之为剂量递增研究。试验开始时，试验人员会为被试注射很小剂量的疫苗，并利用医疗设备密切观察他们的反应。试验人员会进行测试，寻找任何可能构成安全隐患的信号。如果一切顺利，就增加剂量。重复上述过程。与此同时，试验人员还会测量每种剂量对人体产生的生物效应。他们在这个阶段还无法估计疗效，因此会寻找替代终点
，即针对效果实施可行的衡量措施，比如利用抗体和T细胞反应刺激免疫系统。试验人员会逐步增加剂量，直到找到一个安全并满足替代标准的水平。如果做不到，他们便会让分子科学家重新设计候选方案，用新的候选疫苗重新开始第一阶段临床试验。这个过程通常会重复数次，直到取得成功或决定终止项目。
如果第一阶段临床试验取得了成功，他们便会对最佳候选疫苗进行第二阶段的临床试验。在第二阶段临床试验中，试验人员会通过不同的治疗方案对候选疫苗进行试验，比如注射一剂或两剂、间隔3～6个星期、在年轻人或老年人身上注射等。试验人员会尝试多种组合，不断测量替代终点的安全性和有效性，直到确定最优选项。第二阶段临床试验的成功标准通常很高，因为这一阶段关系到最后且最重要的研究能否顺利开启，也就是进行第三阶段临床试验。从前两个阶段的研究获得的经验知识，指明了启动第三阶段临床试验所需明确关注的信息。第三阶段需要投入最大规模的人力和物力资源，目的是生成获得监管批准所需的数据。如果成功，我们就获得了一款疫苗。一旦失败，项目通常会被终止。因此，在第一阶段临床试验和第二阶段临床试验中，试验人员有必要选择最佳候选疫苗和治疗方案，以便将胜算提到最高。
第三阶段临床试验至关重要，并需要获得监管部门的批准。这些研究必须遵守由FDA或欧洲药品管理局等管理机构制定的一系列极其严格的规则和标准，不违背道义操守和科学严谨性。通常情况下，这些研究要持续很长一段时间，由数千名志愿者（参与者）参与和数百名独立医师（调查员）监测。这些医师就职于独立机构（通常是医院），这些机构则被称为调查地点。在这些研究中，试验人员通常会设立试验组与对照组。试验组的参与者将注射处于评估环节的疫苗。对照组的参与者则注射另一种已经注册并符合当前护理标准的疫苗（如果预防同一疾病的疫苗已经存在），或是注射安慰剂（如果目前还没有预防这种疾病的其他疫苗）。
根据研究设计，参与者和调查员并不知道哪些人注射了安慰剂或疫苗。安慰剂和疫苗被装入完全相同的小药瓶，上面贴着只有计算机算法才能识别的条形码。这种算法还确保两个参与者群体在性别、年龄、健康状况等方面具有相似的属性。这样试验人员就可以确定，实验结果体现的只是治疗方案之间的差异，而不会受两组参与者自身差异的影响。在第三阶段临床试验中，我们的评估通常并不基于替代终点，而是衡量实际功效。在注射疫苗后，参与者像往常一样工作和生活，但其健康状况会受到监控。他们中的一些人有可能接触并感染我们正在研究的疾病。当这种情况发生时，进行监测的调查员会通过实验室测试确定参与者是否感染了该疾病，并将信息记录下来。
当然，他们当时并不知道患者注射的是疫苗还是安慰剂。作为临床试验设计的一部分，研究方案中的统计学家以及监管者（即组成数据监测委员会的一个独立专家小组）要事先确定参与者中有多少人被确诊感染（阳性）才能进行下一阶段的试验。一旦达到这个数字，数据监测委员会便会开始对数据进行揭盲，看一看有多少确诊病例属于试验组，多少属于对照组。之后，数据监测委员会将把决定告知我们：如果两组阳性病例数的数据差异未达到统计显著性，应继续进行研究；如果试验组和对照组之间的数据差异无法达到统计显著性，就证明试验无用，应停止研究；如果疫苗有效性已达到统计显著性且不存在安全性问题，就证明达成药效，应停止研究。
疫苗的有效性和安全性通过第三阶段临床试验得到证实后，就会执行接下来的两个步骤。监管团队开始准备备案材料，包括监管部门审批需要的所有数据。典型的疫苗初始申请材料有数千页之多，每一页都需要为确保准确性进行质量控制，而且这一过程也十分耗时。与此同时，生产团队开始为新疫苗的工业化生产做准备，包括订购原材料，在某些情况下还需要购置通常价值数亿美元的专业设备。