藥動學-藥效學結合模型反映了藥物與機體之間的雙向相互作用。其中，機體對藥物的作用可用藥動學模型表述，包括吸收、分布、代謝和排泄四個環節，在模型中用藥物濃度隨時間的變化進行表述。藥物對機體的作用反映在藥效學模型中，描述了效應隨著濃度而變化的動力學過程。
藥動學-藥效學結合模型又可稱呼為：“藥動學/藥效學模型”或“ 藥動學-藥效學模型”。
藥動學-藥效學結合模型的分類
根據藥動學和藥效學聯結方式的不同屬性可將藥動學-藥效學結合模型分成4種類型:直接連線和間接連線模型
直接連線是指血藥濃度與作用部位的藥物濃度直接相關，用藥後兩者之間可迅速達到平衡。因此血藥濃度可直接作為效應的輸入函式，對於這種類型的藥物可以直接將血藥濃度與其效應聯繫起來，從而建立直接連線模型。間接連線是指血藥濃度與作用部位的藥物濃度沒有直接相關性，用藥後兩者之間需要經過一段時間方能達到平衡，作用部位的藥物濃度變化常常滯後於血藥濃度變化，導致藥物的效應變化也滯後於血藥濃度變化。對於這種類型的藥物需要藉助於假想的效應室將血藥濃度與作用部位的藥物濃度間接地聯繫起來，建立間接連線模型，以效應室的藥物濃度作為效應輸入函式，如S 形Emax模型。
直接效應和間接效應模型
直接效應是指藥物的效應與其在作用部位的濃度直接相關，即藥物到達作用部位後既可立即產生效應，沒有時間上的滯後。由於藥物效應與其作用部位的濃度直接相關，因而可以採用直接連線或間接連線方式建立相應的數學模型。間接效應是指藥物的效應與其在作用部位的濃度沒有直接相關性，藥物到達作用部位不能立刻產生效應，藥物效應有明顯滯後。這種滯後並非由於藥物從血漿向作用部位的轉運過程所導致的，而是由於藥物的作用機制本身所導致的，這類藥物常常通過改變體內某些內源性物質而發揮藥效，對於這種類型的藥物應根據藥物的作用機制來建立相應的模型，例如生長速率為零級過程、消除速率為一級過程的藥效模型，該模型的套用目前日益廣泛，如抗凝藥、解熱鎮痛藥、降糖藥和抗貧血藥的藥動學-藥效學研究中都有套用。
軟連線和硬連線模型
軟連線模型藉助於濃度和效應數據將藥動學和藥效學聯繫起來，效應室模型是軟連線模型的典型代表。硬連線模型藉助於藥動學數據和體外藥效數據將藥動學和藥效學聯繫起來，因此該模型是一種基於藥物作用機制的模型，可用於預測新化合物的體內活性。
時間非依賴性和時間依賴性模型
時間非依賴性是指藥物的效應只取決於作用部位的藥物濃度，藥效學參數不隨時間而變化，大部分藥物屬於這種類型。對於某些藥物而言，藥效學參數具有時間依賴性，在作用部位的藥物濃度相同的情況下，不同時間所產生的效應是不同的，這類藥物常常具有增敏或耐受現象，此時應運用時間依賴性模型。
藥動學-藥效學結合模型的基礎數學模型
藥動學模型
在藥動學-藥效學模型研究中，所使用的藥動學模型均為隔室模型，隔室的數目根據藥物濃度隨時間的變化速率作人為劃分，常見的為一房室模型和二房室模型，偶爾可見三房室模型。一房室模型: 將整個機體視為一個房室，藥物進入機體後迅速分布於體液和全身各組織，並在體內各組織之間迅速達到動態平衡，藥物在各組織之間的轉運速率相同，從體內按一級過程消除。
二房室模型: 其典型的特徵是藥物濃度-時間曲線下降段在半對數坐標下表現出雙指數函式特徵。在給藥後的較短時間內，藥物迅速從中央室向外周室分布，同時向外消除，因而藥物濃度的變化速率很快。一段時間後，藥物在中央室與外周室之間的分布過程達到了平衡，因而中央室內藥物濃度的變化只與消除有密切關係，表現為單指數衰減過程。
三房室模型: 包括一個中央室和兩個外周室，後者根據藥物在外周室的分布能力差異分別稱為“淺外周室”和“深外周室”，這兩個外周室均與中央室相連。藥物濃度隨濃度的變化符合三指數函式特徵。
根據給藥方式的不同，又可將藥動學模型劃為靜脈注射模型、靜脈滴注模型和口服模型。與前兩者相比，口服模型增添了吸收室，因而藥物濃度變化存在上升相。
藥效學模型
2.1 線性模型: 藥物效應與濃度呈直線關係。2.2 對數線性模型: 藥物效應強度與濃度對數呈直線關係，或者藥物效應強度對數與濃度對數呈直線關係。
2.3 Emax模型: 該模型可預報最大效應，用Emax和EC50兩個參數描述。形式: E = Emax*c/(EC50+c)。
2.4 S形Emax模型: 該模型較為常用，也可預報最大效應，參數包括Emax、EC50和s。形式: E = Emax*(c^s)/[(EC50^s)+(c^s)]。
2.5 間接效應模型: 效應的變化包括產生和消除兩個過程，前者保持恆定，後者符合一級動力學，分別用參數Kin和Kout表述。形式: dE/dt = Kin - Kout*E。
2.6 轉導室模型: 模型形式與間接效應模型類似，不同是效應的產生速率和消除速率在數值上相同，該模型可用於描述藥效的延遲現象，參數用Kt表述。形式: dE/dt = Kt*(1-E)。
