在人体中，大部分的环境是水相环境，体液、血液和细胞浆液都是水溶液，药物要转运扩散至血液或体液，需要溶解在水中，要求药物有一定的水溶性（又称为亲水性）。而药物在通过各种生物膜包括细胞膜时，这些膜是由磷脂所组成的，又需要其具有一定的脂溶性（称为亲脂性）。由此可以看出药物亲水性或亲脂性的过高或过低都对药效产生不利的影响。

在药学研究中，评价药物亲水性或亲脂性大小的标准是药物的脂水分配系数（P），其定义为药物在生物非水相中的浓度与药物在水相中的浓度之比，常用logP表示，即：

P=CO/CW，logP=logCO/CW

由于生物体非水相中药物的浓度难以测定，在构效关系研究中一般用正辛醇为有机相测定脂水分配系数。正辛醇有极性醇羟基和长碳链，与构成脂质细胞膜的脂肪醇相似。CO表示药物在生物非水相或正辛醇中的浓度；CW表示药物在水中的浓度。logP值越大则药物的脂溶性越高，logP为负值表示药物的水溶性较大。药物的水溶性与药物可以形成氢键的数目以及离子化的程度有关。容易离子化的药物可增加其水溶性，所以一般可以成盐的药物，有很强的离子化倾向，多数在水中有比较大的溶解度，可以注射给药而加快吸收速度。

当药物结构中含有氢键的接受体官能团以及氢键的给予体官能团时，可增加药物的亲水性。这种官能团的数目越多，药物的亲水性越强，这种官能团主要有羟基、氨基和羧基，通过这些基团的数目，可以判断药物的溶解度趋势。分子中如含有亲脂性的烷基、卤素和芳环等，一般会增加药物的脂溶性。

药物分子结构的改变对药物脂水分配系数的影响比较大。影响药物的水溶性因素比较多，当分子中官能团形成氢键的能力和官能团的离子化程度较大时，药物的水溶性会增大。相反若药物结构中含有较大的烃基、卤素原子、脂环等非极性结构，导致药物的脂溶性增大。例如：当分子中引入极性较大的羟基时，药物的水溶性加大，脂水分配系数下降5～150倍，以羟基替换甲基时下降2～170倍。而引入一个卤素原子，亲脂性会增高，脂水分配系数约增加4～20倍，引入硫原子、烃基或将羟基换成烷氧基，药物的脂溶性也会增大。

对于药物的水溶性可以通过简单官能团进行判断。在含有多官能团的有机化合物中，羟基可以增加3～4个碳的溶解能力，胺、羧酸、酯基可以增加3个碳的溶解能力，酰胺可以增加2～3个碳的溶解能力，醚、醛、酮、脲等官能团可以增加3～4个碳的溶解能力。当分子中每增加一个电荷（正或负）可以增加20～30个碳的溶解能力。

以镇痛药物阿尼利定为例，该分子中含有21个碳原子，有三个官能团（2个胺基和1个酯基）。三个官能团的溶解能力为9个碳原子，所以阿尼利定的水溶性较低，仅为＜0.01%；而当其成盐酸盐后，溶解能力变为29～39个碳原子，高于阿尼利定分子中含有的21个碳原子，成为水溶性化合物，其水溶性达到20%。

各类药物因其作用不同，对脂溶性有不同的要求。如：作用于中枢神经系统的药物，需通过血脑屏障，应具有较大的脂溶性。吸入性的全身麻醉药属于结构非特异性药物，其麻醉活性只与药物的脂水分配系数有关，最适logP在2左右。