2番目の段階の臨床試験。 比較的少数の患者に対して第I相試験で安全性が確認された用量の範囲内で試験薬を投与し、その(1) 安全性と有効性、(2) 薬物動態、(3) 最適な用法（投与回数、投与期間、投与間隔など)、用量（最も効果的な投与量）など、第III相試験に進むための情報を収集することを目的とする。 試験薬だけの単一群（single arm）で行われることが多いが、標準療法との比較試験として行われることもある。また、早期第II相試験（phase IIa）と後期第II相試験（phase IIb）とに分けてそれぞれを探索的臨床試験、実証臨床試験とすることもある。