Egyrészt a vezérmolekula azonosítása a kutatási programok egyik első mérföldköve, amelynek teljesülése esetén a jelenlegi statisztikai adatok alapján mintegy 60% valószínűséggel juthatunk el a klinikai kipróbálásig. A vezérmolekula-keresésre fordított idő és ennek költsége a gyógyszerkutatás teljes költségét figyelembe véve általában nem meghatározó. Szemben a teljes gyógyszerkutatási folyamat 10–12 éves időigényével és több mint 2 milliárd dollárnyi költségével, a vezérmolekula-keresés általában 1-2 év alatt befejeződik és költsége az esetek többségében 20 millió dollár körül alakul. Ez a viszonylag rövid és nem túlságosan drága kutatási szakasz mégis meghatározó szerepet játszik a gyógyszerkutatás sikerességében. A jelenleg piacon lévő sikeres gyógyszerekhez vezető vezérmolekulák alapján elmondható, hogy azok szerkezete általában nagyfokú hasonlóságot mutat a belőlük fejlesztett klinikai jelöltek, illetve gyógyszerek szerkezetével. A vezérmolekula-keresés tehát kémiai szempontból is kulcstevékenységnek számít. Itt dől el, hogy a rendelkezésre álló kémiai kiindulópontokból végül mely vegyületek, vegyületcsaládok rendelkeznek olyan tulajdonságokkal és potenciállal, amelyek a további részletes optimalizálás során magukban hordozzák a gyógyszerré válás lehetőségét. Harmadrészt a vezérmolekulák kémiai, fizikai kémiai és biológiai sajátságai alapvetően határozzák meg azokat a lehetőségeket, amelyek a további, klinikai jelöltté optimalizálás során a gyógyszerkémikusok számára rendelkezésre állnak. Ennek megfelelően egy jó minőségű, a kívánalmaknak megfelelő kémiai, fizikai kémiai és biológiai tulajdonságokkal rendelkező vezérmolekulából indított gyógyszerkutatási program sokkal nagyobb eséllyel szolgáltat a klinikai kipróbálásra alkalmas vegyületet, mint az olyan, amely gyenge vezérmolekulából kénytelen indulni.

A vezérmolekula-keresés folyamata három alapvető lépésből áll, a kémiai kiindulópont kereséséből, a kémiai kiindulópont vezérmolekulává történő korai optimalizálásából (hit-to-lead optimalizálás) és a vezérmolekula azonosításából. A következőkben röviden áttekintjük az egyes lépésekben alkalmazott módszereket.