Indenfor det medicinalkemiske område arbejder vi med både små og store molekyler. De små molekyler forventes at kunne anvendes i bekæmpelse af f.eks. infektionssygdomme forårsaget af bakterier eller virus, cancer eller måske diabetes. Molekylerne fremstilles med organisk syntese og undersøges undervejs med spektroskopi.
De store molekyler er typisk baseret på modifikationer af DNA, proteiner eller fedtstoffer. Her handler det om at lave systemer til at forbedre optagelsen af lægemidler, eller at bruge syntetisk DNA som en ny vej til at bekæmpe f.eks. genetiske sygdomme, cancer eller virus.
Medicinalkemi er grundlæggende tværfagligt. Computerberegninger er et vigtigt element i designet af de nye molekyler. Organisk kemi er det grundlæggende element i fremstillingen af de nye stoffer. De nye stoffer testes i både simple assays for deres binding til målmolekyler som f.eks. enzymer eller receptorer, men de testes også på biologiske systemer som f.eks. bakterier eller celler. Medicinalkemi kræver derfor et tæt samarbejde med eksperter inden for computerkemi, molekylærbiologi, farmaci og medicin.