1.1 分子生物学促进了分子毒理学的形成
随着分子生物学的发展，大量的新概念和新技术不断涌现，并迅速向相关学科渗透。1953年，沃特森（Watson）和克里克（Crick）发表了DNA 双螺旋模型，这一惊人发现很快将研究者引入分子世界。随后，分子生物学领域的发现层出不穷，不断刷新着人们对自然界的认识。1959年，威廉姆斯（Williams）创立了外源性代谢系统理论，认为外来化合物代谢分为两个不同阶段，一是氧化、还原和水解，二是结合反应，第二阶段往往是解毒阶段，少数情况下也可能是增加毒性。
20世纪60年代开始，科学家提出以脂质过氧化与生物大分子共价结合的理论和学说来解释中毒机制。特别是20世纪60年代末，分子生物学的两大成果为分子毒理学的形成奠定了基础，一是随着分析方法的发展，可以检测出生物样品中低水平（10-9）的化学物，二是布鲁斯·埃姆斯（Bruce Ames）发明的鼠伤寒沙门菌恢复突变试验（Ames Test）于1975年问世，为化学物致癌的基因突变研究提供了重要的评价方法，这些成果标志着分子生物学方法开始用于毒理学研究。
20世纪70年代，在分子生物学领域积累的有关DNA、酶、受体分子、生物膜结构及功能学的研究引进了分子生物学技术，将其应用于职业危害对人类遗传、肿瘤发生以及神经细胞活动的影响，在此基础上产生了分子毒理学，对毒物分子与生物大分子之间相互作用的特点、过程和机制有了更加深入的认识。1973年，霍奇（Hodge）主编《铀、钚和衰变钚元素》一书，系统研究了铀和氟化物毒理学以及它们的毒性标准。1975年，英国人埃德温·迈勒·萨瑟恩（Edwin Мellor Southern）建立了Southern 印迹杂交，可以使研究者进行基因组DNA 特定序列定位。1979年，阿尔温（Alwine）等提出：将电泳凝胶中的RNA 转移到叠氮化的或其他化学修饰的活性滤纸上，通过共价交联作用使它们结合，因其方法同Southern 杂交十分相似，故称之为Northern 杂交。
20世纪80年代，随着分子生物学的方法持续得到发展，并不断被应用到毒理学研究中，逐渐形成分子毒理学，从分子水平、基因调控的深度上去阐明毒物中毒机制，并在此基础上提供相应防治措施。1981年，美国斯坦福大学的乔治·斯塔克（George Stark）发明了蛋白质印迹，尼尔·伯奈特（Neal Burnette）在其所著的《分析生物化学》中首次将这种方法称为“西方印迹”（Western Blot）。1985年，卡利·马林斯（Kary Мullis）在Cetus 公司工作期间发明了PCR，1985年12月20日在《科学》杂志上发表了第一篇PCR 的学术论文，1986年5月卡利·马林斯在冷泉港实验室做专题报告，全世界从此开始学习PCR 的方法。
1986年，美国范德堡大学医学院生化系的环境毒理学中心（Center in Environmental Toxicology）更名为分子毒理学中心（Center in Мolecular Toxicology），并于1987年出版了一本专门的《分子毒理学》（Molecular Toxicology）杂志。1989年，美国毒理学会设置了分子毒理学专业委员会，此后，不仅基因组学、蛋白质组学等分子技术在这一时期得到了迅速发展并应用于毒理学研究中，而且分子毒理学这一新兴分支学科随之迅速成长起来。
1993年，马特沙尔（Мatshall）在《科学》杂志上著文《毒理学正走向分子水平》（Toxicology Goes Molecular），强调要在分子水平上探寻毒物的毒性机制，这意味着分子毒理学作为一门独立的毒理学分支学科的学术地位得到进一步确立，也成为分子毒理学从毒理学中分化出来的重要标志。
图32 约瑟夫著《分子毒理学》
1997年，加拿大圭尔夫大学分子与细胞生物学教授约瑟夫（P.David Josephy）出版了《分子毒理学》（Molecular Toxicology）一书，毒理学界将此书称为第一部关于分子毒理学的教科书。