Nghiên cứu y học được phân loại thành nghiên cứu sơ cấp và thứ cấp. Trong khi nghiên cứu thứ cấp tóm tắt các nghiên cứu có sẵn dưới dạng đánh giá và phân tích tổng hợp, trong nghiên cứu sơ cấp các nghiên cứu thực tế được thực hiện. Ba lĩnh vực chính của nghiên cứu y học được phân biệt: nghiên cứu y học cơ bản, nghiên cứu lâm sàng và nghiên cứu dịch tễ học.

Nghiên cứu y học cơ bản (còn được gọi là nghiên cứu thực nghiệm) bao gồm các thực nghiệm trên động vật, nghiên cứu tế bào, xét nghiệm sinh hóa, di truyền và sinh lý học cũng như các nghiên cứu về đặc tính của thuốc và vật liệu. Trong hầu hết các nghiên cứu thực nghiệm, ít nhất một biến độc lập và tác động lên biến phụ thuộc được khảo sát. Quy trình và thiết kế thử nghiệm có thể được chỉ định và thực hiện một cách chính xác. Ví dụ, có thể chỉ định chính xác cỡ mẫu cần nghiên cứu, số nhóm, số trường hợp, phương pháp điều trị và liều lượng. Điều quan trọng nữa là phải được kiểm soát hoặc giảm thiểu cụ thể các yếu tố gây nhiễu. Trong các nghiên cứu thực nghiệm, các giả thuyết cụ thể được điều tra và đưa ra các tuyên bố nhân quả. Giá trị nội tại cao (= tính không rõ ràng) đạt được bằng cách thiết lập các điều kiện thực nghiệm tiêu chuẩn hóa, với độ biến thiên thấp trong các đơn vị quan sát (ví dụ, tế bào, động vật hoặc vật liệu). Hiệu lực bên ngoài là một vấn đề khó khăn hơn. Điều kiện của nghiên cứu thực nghiệm không phải lúc nào cũng có thể chuyển trực tiếp sang thực hành lâm sàng bình thường và các quy trình trong tế bào cô lập hoặc ở động vật không tương đương với các quy trình ở người (= khả năng tổng quát hóa).

Nghiên cứu cơ bản cũng bao gồm các quy trình phân tích được phát triển và cải tiến - chẳng hạn như phân tích xác định các enzym, dấu hiệu hoặc gen, quy trình hình ảnh chẳng hạn như chụp cắt lớp vi tính hoặc hình ảnh cộng hưởng từ và giải trình tự gene, chẳng hạn như mối liên hệ giữa màu mắt và trình tự gen. Sự phát triển của các thủ tục sinh trắc học - chẳng hạn như các thủ tục kiểm tra thống kê, mô hình hóa và các chiến lược đánh giá thống kê.