Veterinārajā toksikoloģijā izmanto tādas pašas pētnieciskās metodes kā humānās medicīnas toksikoloģijā – zinātniskos eksperimentus un diagnostiskos izmeklējumus veic toksikoloģijas laboratorijās, izmantojot analītisko aparatūru, speciālas barotnes un laboratorijas dzīvniekus, kā arī “uz pierādījumiem balstītas toksikoloģijas” principus (evidence-based toxicology), kas cenšas objektīvi novērtēt zinātniskos pētījumus toksikoloģijā, un atbildēt uz jautājumiem par ķīmisko, fizikālo vai bioloģisko aģentu nelabvēlīgo ietekmi uz dzīviem organismiem un vidi. Klīniskajā veterinārajā toksikoloģijā novērtē vielas devas iedarbību (dose-response assessment) uz dzīvniekiem – pēc klīniskajām pazīmēm, bioproduktu bioķīmiskajām analīzēm, autopsijā veiktajiem izmeklējumiem (ieskaitot histoloģiskos), un pēc indes iedarbības aprēķina (exposure assessment calculation). Vispārējā toksikoloģijā pēta indīgo vielu iedarbību uz dzīvnieku mērķorgāniem, imunitāti un gēniem. Laboratoriskie toksikoloģiskie izmeklējumi tiek veikti, izmantojot audu vai šūnu barotnes (in vitro), laboratorijas dzīvniekus (in vivo) vai simulējot indes iedarbību datorā (in silico). Izmeklējumos ar laboratorijas dzīvniekiem (pelēm, žurkām, retāk – trušiem) nosaka – indes iedarbības veidu un gaitu organismā, toksiskumu – augstāko nekaitīgo devu NOEL (no-observed-effect-level), vidējo letālo devu LD50 (median letal dose), kas noder ķīmisko vielu toksicitātes salīdzinājumam. LD50 uzrāda uzņemtās vielas devu (mg/kg dzīvmasas), kas nogalina 50% no laboratorijas dzīvniekiem. Toksīnu biežāk skartie mērķorgāni ir gremošanas orgāni, aknas, nieres, plaušas, smadzenes, dzimumorgāni, āda. Daudzas indes iedarbojas uz imūnsistēmu un gēniem, izraisot ģenētiskas vai onkoloģiskas patoloģijas dzīvniekos vai viņu pēcnācējos. Indēm tiek noskaidrotas specifiskās pretindes, kas organismā neitralizē indīgo vielu vai mērķorgānos mazina tās toksisko efektu. Analītiskās metodes tiek izmantotas vielu toksikokinētikas pētījumos, veterināro zāļu atlieku un pesticīdu kontroles programmu izstrādē. Viena no jaunākajām ir skaitļošanas toksikoloģijas metode (computational toxicology), kas integrē skaitļošanas, molekulārās bioloģijas un ķīmijas pētniecības metodes, lai pētītu in silico sakarības starp vidi piesārņojošajām vielām un dzīvnieku veselības pasliktināšanos.