PBPK 分析では、生理学、母集団、薬物特性を組み合わせたモデルとシミュレーションを使用して、薬物動態学的（PK）な振る舞いを機構的に説明します。PBPK モデルによる予測は医薬品のライフサイクル全体を通して活用可能で、特定の臨床薬理試験を行うかどうか、いつ実施するかを判断する際に役立つほか、製品ラベリングにおいては推奨投与量の裏付けにもなります。
PBPK モデリングのプロセスは反復的で、ごくわずかな情報で始められるだけでなく、医薬品開発過程のどの時点でも実施することができます。開発のなかでモデルが何度も使用され、改良されることもあります。
たとえば、非常に単純な低分子の PBPK モデルは、分子構造の情報と予測される物理化学的特性のみで開始できます。このモデルはその後、将来の研究デザインの手がかりを得るために使用でき、データを追加することでより正確な予想が可能になります。この作業を開発プロセス全体で繰り返せば、臨床に向けてモデルを改良していくことができます。
いったん臨床に進めば、ヒトの PK データを使用してモデルの検証 / 特徴付けを行い、臨床試験デザインを改良および合理化することができます。
PBPK は規制当局への申請では特に義務付けられていません。それでも、FDA が2018年に発表したガイダンスでは、申請時のデータパッケージに PBPK モデリングを含めることが強く推奨されています。また、ファーストインヒューマン（FIH）投与に関する2017年の EMA ガイドラインでは、FIH 投与の推計に関して、最先端のモデリング（PK/PD や PBPK など）をベースとするか、または相対成長要因を使用することを推奨しています。
PBPK は、薬物間相互作用の評価の裏付けとして使用することも可能で、なかには臨床 DDI 試験の代用として認められているケースもあります。
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臨床 DDI 試験を支える PBPK モデリング
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PBPK モデリングでクロニジンの持続放出型歯列矯正リテーナーを最適化
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FDA 規制の理解と in vitro および PBPK モデリング技術の応用
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