A szintetikus hozzáférhetőség és kiterjeszthetőség vizsgálata magában foglalja egy a vegyületcsalád aktívként azonosított tagjainak előállítására, valamint új, kémiai értelemben változatos származékok előállítására alkalmas szintézisút meglétét (ld. 4.5. fejezet). Amennyiben a vegyületcsaládban egy, vagy több aszimmetria centrum található, úgy elő kell állítani a tiszta sztereoizomereket és tisztázni kell a biológiai aktivitásban játszott szerepüket is.

A vegyületcsaládban így előállított vegyületek biológiai vizsgálatával arra törekszünk, hogy a racionális gyógyszerkutatás alapját képező SAR elemeiből minél többet ismerjünk meg. Ehhez célszerűen olyan vegyületcsaládot választunk, amely legalább két ponton változtatható vagy helyettesíthető. A korai SAR feltérképezése érdekében valamennyi változtatható ponton érdemes kis számú analógot előállítani és a helyettesítőknek a biológiai aktivitásra kifejtett hatását meghatározni. A korai SAR ideális esetben támpontot jelenthet majd a vezérmolekula optimálásában, az SAR hiánya azonban felhívhatja a figyelmet a vegyületcsalád optimálásának nehézségeire. Az ilyen nehézségek jellegzetes példája az un. lapos SAR (flat SAR) jelensége, amikor a vegyületek aktivitása a viszonylag kiterjedt kémiai változtatások ellenére sem változik számottevő mértékben. Az ilyen típusú SAR arra enged következtetni, hogy a vegyületcsalád optimálhatósága korlátozott.

A szintetikus hozzáférhetőség és a korai SAR feltérképezése mellett meg kell vizsgálnunk azt is, hogy a tervezett molekulák köre szabadalmaztatható-e. Erre különböző adatbázisok nyújtanak segítséget (lásd 2.4. fejezet). Figyelnünk kell arra is, hogy ha népszerű vegyületcsaládon, vagy annak szoros környezetében kezdünk el dolgozni, akkor a kutatási program kockázata szabadalmi szempontból jelentősen nő. Ennek megfelelően vezérmolekula választáskor a szabadalmi értelemben független, széles körben változtatható vegyületcsaládok nyilvánvaló előnyt élveznek.

A vegyületek fizikai-kémiai tulajdonságai összefüggésben vannak azok biológiai aktivitásával és ADME sajátságaival. A fizikai-kémiai jellemzők tehát ebben az értelemben segítséget jelentenek az SAR, illetve a kedvező ADME sajátságok kialakításában. A kémiai szerkezetnek a korai optimálás és a vezérmolekula kiválasztását követő optimálás során történő változtatásával ezeket a paramétereket változtatjuk. Ezáltal megfelelő számú származék előállítását és vizsgálatát követően tájékozódhatunk az egyes fizikai-kémai paraméterek hatékonyság és ADME szempontból kívánatos tartományáról. Fontos megjegyezni, hogy a gyógyszerkémikusok számára a fizikai-kémiai sajátságok kívánt irányban történő módosítása általában könnyebb feladat, mint a biológiai aktivitás és az ADME tulajdonságok egyidejű optimálása. Ezért a fizikai-kémiai tulajdonságok nyomon követése és az egyes tulajdonságokra nézve hatékonyság és ADME szempontból egyaránt kedvező tartományok azonosítása nemcsak a megfelelő minőségű vezérmolekula azonosítását, de annak további optimálását is hatékonyan segítheti elő. A fizikai-kémiai sajátságok között leggyakrabban a vízben való oldhatóság, a logD, a logP és a pKa értékek, valamint a kémiai stabilitás vizsgálata jön szóba. Ennek megfelelően a vezérmolekula jelölteket a választáskor is ezen paraméterek terében értékeljük.

Fontos megjegyezni, hogy a legtöbb gyógyszerkutatással foglalkozó szervezet a vezérmolekula optimálás fázisába legalább két kémiailag független szerkezeti körrel lép tovább. Ennek hátterében az optimálás viszonylag jelentős kiesési rátája áll.