A szerkezetalapú módszerek esetében a ligandumok mellett a célfehérje szerkezetét is felhasználjuk a modellépítéshez. Míg a ligandumalapú módszerek alapvetően a hasonlósági alapelvre épülnek, addig a szerkezetalapú módszereknél a ligandum és a célfehérje közötti molekuláris kölcsönhatásokat explicit módon írjuk le, és ebből próbálunk következtetéseket levonni a molekula aktivitására vonatkozóan. Mivel itt a ligandum célfehérjéhez történő tényleges kötődését vizsgáljuk, ezért aktivitáson a molekula adott célfehérjére vonatkozó affinitását (binding affinity) értjük. A ligandum-célfehérje kölcsönhatást mindig térben vizsgáljuk, ezért szükségünk van a ligandum és a célfehérje 3D szerkezetére. A szerkezetalapú módszereknél alapvetően két fontos problémát kell megoldanunk. Az első a dokkolási probléma (docking problem), vagyis a legkisebb energiájú ligandum-célfehérje komplex szerkezetének megtalálása. A másik probléma a komplex szerkezete alapján a ligandum affinitásának becslése (scoring problem), ami lehetővé teszi különböző ligandumok összehasonlítását, és így a VS végén a vizsgált molekulák affinitás szerinti rangsorának felállítását. A ligandumalapú módszerek analógiáján a dokkolást felfoghatjuk egy olyan illesztésnek, ahol nem egy másik ligandumra, hanem a kötőhely negatív lenyomatára illesztünk. Ezután következik a ligandum és a kötőhely közötti kölcsönhatást leíró energiatagok (deszkriptorok) számítása (pl. hidrogénhidak, van der Waals-kölcsönhatások). Majd a deszkriptorok és az affinitás közötti korrelációs vizsgálatok alapján meg kell határoznunk az affinitásbecsléshez használt paramétereket (modellépítes). Erre a célra legtöbbször olyan speciális deszkriptorkészletre épülő, általánosan használható értékelőfüggvényeket használunk, amelyeket számos kísérleti úton meghatározott ligandum-célfehérje szerkezet és affinitásadat alapján állítottak fel. Elvégezhetjük azonban ezt a lépést saját magunk is, akár teljesen újszerű energiatagok bevezetésével. Ezzel a módszerrel célfehérje(család) specifikus értékelőfüggvényeket is létrehozhatunk. A ligandumalapú módszereknél a hasonlóság elve alapján számított deszkriptorokhoz tartozó potenciális energiafelület általában folytonos, a valóságban azonban a felszíneken hirtelen szakadékok és magas gátak figyelhetők meg. Ezek alapvetően a célfehérjével kialakított kedvező, illetve kedvezőtlen kölcsönhatásokkal magyarázhatók. Kis szerkezetbeli különbség is vezethet az affinitás látványos emelkedéséhez/csökkenéséhez, ami pl. a hidrogénhidak szigorú geometriai feltételeivel vagy ütközésekkel magyarázható. A 3.67. ábrán látható „B” molekula egy ligandumalapú VS-ben minden bizonnyal virtuális találatként jelentkezett volna, azonban „B” affinitása egy speciális kölcsönhatás hiánya miatt 7–8 nagyságrenddel alacsonyabb, mint „A” molekula affinitása.