基于生理学的药代动力学 (PBPK) 建模是一种数学建模技术，用于预测合成或天然化学物质在人类和其他动物物种中的吸收 (Absorption)、分布 (Distribution)、代谢 (Metabolism) 和排泄 (Excretion) (总称ADME)。 PBPK建模用于药物研究和药物开发和化妆品或一般化学品的健康风险评估。
PBPK模型通过数学，基于解剖、生理、物理和化学角度的描述，转化复杂的ADME过程中所涉及的现象来努力实现机械化。这些模型中仍然存在很大程度的剩余简化和经验主义，但与经典的基于经验函数的药代动力学模型相比具有更广泛的适用范围。 PBPK模型可能具有纯粹的预测用途，但其他如统计推断的作用已经随着能够处理复杂模型的贝叶斯统计工具的开发而成为可能。
PBPK 模型试图先验 ( ) 地依赖于身体的解剖学和生理学结构，并在一定程度上依赖于生物化学。它们通常是多房室模型，房室对应于预定义的器官或组织，相互连接对应于血液或淋巴流（很少见于扩散）。可以写出每个房室中物质浓度或数量的微分方程组，其参数代表血流量、肺通气率、器官体积等，这些参数的相关信息可在之前的研究中找到。这些参数对身体的描述事实上被简化了，要求建模师在复杂性和简单性之间平衡。除了允许招募关于参数值的先验信息的优势外，这些模型还有助于从一种给药模式到另一种给药模式（例如吸入到口服）的种间转换或外推。右图中给出了一个7房室PBPK模型的示例，适用于描述哺乳动物体内许多溶剂的归宿。
模型方程遵循质量传递、流体动力学和生物化学原理来模拟物质体内命运。 房室通常通过由具有相似血液灌注率和脂质含量的器官或组织分组来定义（即化学物质浓度与时间曲线相似的器官）。入口（肺、皮肤、肠道等）、出口（肾脏、肝脏等）和治疗效果或毒性的靶器官通常分开。如果研究的物质没有分布到骨骼则可以将其排除在模型之外。房室之间的连接遵循生理学（例如，肠道出口的血流进入肝脏等 )
药物分布到组织中的速率可能受到灌注或渗透性的限制。 当组织膜不存在扩散障碍时，灌注速率限制了动力学适用。药物通常主要通过血液运输，那么血流就是分布在身体各种细胞中的限制因素。这通常适用于各种亲脂性的小分子药物。在灌注限制下，房室中药物量的瞬时进入速率简单地等于通过器官的血液体积流速乘以进入的血液浓度。在这种情况下；对于一般房室 ，物质数量的微分方程定义了该数量的变化率，它是：
是血流量（图中标为）， 流入的动脉血浓度， 是组织对血液的分配系数， 是房室的容积。
因此下表可以给出上面的7房室模型的一组完整的微分方程：
上述等式仅包括转运项，不考虑输入或输出。其可以用特定项建模，如下所示。
建模输入对于对药物的药代动力学进行描述很有必要。下面例子展示了如何写出相应的方程式。
在处理口服推注剂量（如口服片剂）时，假设其为一级吸收非常普遍。这种情况下，肠道方程会增加一个输入项：吸收率常数 ：
以质量单位随时间变化）：
)，PBPK建模可用于评估载体介导的转运、清除饱和度、母体化合物的肠肝再循环、肝外/肠外消除的参与，体内溶解度高于预测值，药物引起的胃排空延迟，肠道损失和肠道吸收的区域差异。
PBPK的一个限制是可能有大量参数，其中一些可能是相关的。这可能会导致参数可识别性和冗余性的问题。然而，可以通常明确地模拟参数之间的相关性（例如，年龄、体重、器官体积和血流量之间的非线性混合效应模型）。
在为每个PBPK模型参数分配数值后，通常使用专用或通用计算机软件对一组如上所述的常微分方程进行数值积分，以计算每个房室在指定时间值的数值（参见软件章节）。
PBPK模型一方面可以依赖药物对化学性质来预测（定量构效关系模型或预测化学模型）。例如，QSAR模型可用于估计亲脂亲水分配系数 ()。其还可以扩展到代谢途径的系统生物学模型。它们也与生理组学模型平行，但并不专注于详细模拟循环之外的生理功能。以上四类模型在进行整合分析时可以相互促进。
专用软件：
通用软件：
