用于体内药物定量的分析方法有光谱法、色谱法、色谱-质谱联用法、免疫法和微生物法等。每种测定方法均有各自的优缺点，至于TDM采用何种方法，主要应考虑到所检测药物的理化性质、临床可操作性、使用成本等因素。儿科临床中使用最普遍的方法主要有免疫分析法和色谱分析法，简要介绍如下。

免疫分析法(immunoassay)的原理是被分析药物和标记后的该药物与药物的特异性抗体竞争有限的结合部位，患者血样中未标记药物的浓度决定于标记药物与特异性抗体结合的量。标记物可能是放射性核素、酶、荧光或化学发光物质，依据标记物的属性，测定其放射性、酶反应后的UV吸收和荧光强度。荧光偏振免疫分析法(FPIA)是这类分析方法中最典型的代表，属均相免疫分析一类。均相免疫分析法具有如下优点:①试剂易得，适用期长;②各种标记物可被应用;③分析简单、快速，适合于自动化操作，目前被广泛地用于常规的治疗药物监测中。一般来说免疫分析法的灵敏度和选择性不及色谱技术，抗体可能与那些化学结构相近于母体的代谢产物、结构相近药物和样品中的内源性物质有交叉反应，使结果偏高，抗体的质量决定免疫分析法的特异性。

色谱分析法(chromatography)是儿科临床TDM中最常用的分析方法。色谱分析的原理是利用要分离的各组分在流动相和固定相两相之间的分配有差异(即有不同的分配系数)，当两相作相对运动时，这些组分在两相间的分配反复进行，从几千次到数百万次，即使组分的分配系数只有微小的差异，随着流动相的移动可以有明显的差距，最后使这些组分得到分离。色谱法的主要优点是其选择性强、灵敏度高、灵活、通用，样品中的几种药物可被同时测，其测得结果可作为新发展免疫分析法的参照标准。相对于免疫分析法，色谱法对新化合物更易快速设计出新的测定方法。然而，与免疫分析法相比，色谱法分析速度慢、费力，需一定的技术，即使采用自动化进样，样品测得率也低于免疫分析法，这些不利因素有时限制了其在常规TDM中的应用。在TDM应用方面，色谱和免疫分析法各有其优缺点，可相互补充。一个实验室提供的TDM服务应具有色谱法和免疫法各自选择的范围。色谱分析法主要包括气相色谱法和高效液相色谱法，其适用范围各不相同。

气相色谱(gas chromatography，GC)的原理为以气体作流动相(载气)，当样品进入汽化室汽化后，被载气带入色谱柱内，样品中各组分在流动相和固定相之间进行反复多次的分配，由于样品中各组分的性质不同，在色谱柱中两相间的分配系数和吸附系数不同，在载气带动下各组分在柱子中的运行速度也不同，经过一定的柱长后，各组分在柱子末端分离开，然后用接在柱子后的检测器根据组分的物理化学性质将组分按顺序检测出来。气相色谱仪由气源部分、进样装置、色谱柱、鉴定器和记录器组成。熔融石英制成的毛细管柱(15～30mm，内径0.53mm或更小)在TDM中比通常的玻璃管柱更有潜力，能提供高分辨率和灵敏度且分离快速。大多数GC法使用火焰离子检测器(FID)，它可对所有的有机化合物响应;也可使用其他选择性更强、灵敏度更高的检测器如氮磷检测器(NPD)和电子捕获检测器(ECD)。气相色谱/质谱(gas chromatography/mass spectrometry，GC-MS)联用具有更高的专一性和灵敏度，但需复杂的仪器和高技术的操作人员。GC是一种非常灵敏的分析技术，要求样品具有挥发性和热稳定性，不宜用于挥发性和热稳定性差的极性物质的分析。虽然可将样品衍生化成具挥发性和热稳定性的物质，但大大增加了分析时间和成本。

高效液相色谱法(high-performance liquid chromatography，HPLC)是应最广的一种色谱分析技术。HPLC是在经典色谱法的基础上引用了气相色谱的理论，在技术上，流动相改为高压输送(最高输送压力可达4.9107Pa)，色谱柱是以特殊的方法用小粒径的填料填充而成的，从而使柱效大大高于经典液相色谱(每米塔板数可达几万或几十万);同时柱后连有高灵敏度的检测器，可对流出物进行连续检测。HPLC的各类分离机制(正相、反相、离子交换、体积排阻)中，反相色谱(reversed-phase HPLC，RPHPLC)明显优于其他各类而被广泛用于TDM中。大多数药物(极性、非极性、离子型)均可被RPHPLC分离测定。RP-HPLC所用的固定相是非极性的(如键合C8或C18)，流动相由极性溶剂组成，如水、甲醇、乙腈。另外最近发展的新固定相有的可分离对映体，有的可用于生物体液直接进样。HPLC常用不锈钢柱和塑料管柱［(10～25)cm×(4～8)mm内径］，也可使用微孔柱［(10～15)cm×(1～2)mm内径］，微孔柱具有分辨率高、选择性强和低流速而节约溶剂流动相的特点，样品用量小，更适合于儿科的药物监测。与GC相比，HPLC能提供更多的便利，分析速度快，应用范围广，它可应用于分离极性、非极性、热稳定性差的化合物，大部分药物可被测定。HPLC所用检测器(UV、二极管矩阵、荧光、电化学)的灵敏度达到了GC的同类水平。