Gemäß § 7 Abs. 2 des deutschen Tierschutzgesetzes (TierSchG) werden „Tierversuche” aufgefasst als Eingriffe oder Behandlungen zu Versuchszwecken an Tieren oder deren Erbgut, wenn sie mit Schmerzen, Leiden oder Schäden für diese Tiere, ihre Nachkommen oder Trägertiere verbunden sein können. Des Weiteren umfasst der Begriff „Tierversuche” auch Eingriffe oder Behandlungen, die nicht Versuchszwecken dienen. Sie werden in § 7 Abs. 2 Satz 2 gesondert aufgelistet und beinhalten u. a. die Entnahme von Organen zu Transplantationszwecken.

Im Jahr 2002 wurde der Tierschutz in Deutschland zur sogenannten Staatszielbestimmung (Art. 20a Grundgesetz) erhoben. Staatszielbestimmungen begründen kein subjektives Recht und sind nicht einklagbar, dennoch stellen sie – wie auch die Grundrechte – Verfassungsgüter dar. Dieser Umstand legitimiert aus verfassungsrechtlicher Perspektive prinzipiell die Einschränkung der Forschungsfreiheit durch tierschutzrechtliche Vorschriften. Es bleibt jedoch weiterhin umstritten, wie die bereits bestehenden Vorschriften zur behördlichen Genehmigungspraxis von Tierversuchen nach der Verfassungsänderung auszulegen sind und wie stark der Tierschutz als Staatszielbestimmung das vorbehaltlose Grundrecht auf Forschungsfreiheit tatsächlich einschränken kann. Am 13.08.2013 ist außerdem die Tierschutz-Versuchstierverordnung (TierSchVers) in Kraft getreten. In dieser Verordnung werden Voraussetzungen für den Schutz von Versuchstieren (z. B. Haltungsbedingungen) und Vorschriften für die Durchführung von Tierversuchen konkretisiert.

Die Zulässigkeit von Tierversuchen wird in § 7a Abs. 1 TierSchG auf bestimmte Zwecke begrenzt, für die Tierversuche unerlässlich sein müssen. Hierzu zählen z. B. die Forschung zur Behandlung von Krankheiten, zum Schutz der Umwelt oder auch die Prüfung der Unbedenklichkeit von Arznei- und Lebensmitteln.

Tierversuche dürfen nach § 7 Abs. 1 Satz 3 TierSchG ausschließlich von Personen durchgeführt werden, die über die hierfür „erforderlichen Kenntnisse und Fähigkeiten” verfügen. Im fünften Abschnitt des deutschen Tierschutzgesetzes ist vorgeschrieben, unter welchen Voraussetzungen Tierversuche durchgeführt werden dürfen und inwieweit diese einer Genehmigungs- oder bloßen Anzeigepflicht unterliegen. Um Tierversuche an Wirbeltieren oder Kopffüßern vorzunehmen, bedarf es einer Genehmigung durch die zuständige Behörde. Der Genehmigungsvorbehalt ist in § 8 TierSchG verankert und enthält Voraussetzungen, die für eine erfolgreiche Genehmigung erfüllt sein müssen. Dabei werden neben der Unerlässlichkeit des Tierversuchs insbesondere die fachliche Eignung der Versuchsleitenden hinsichtlich des Umgangs mit Versuchstieren und die Haltungsbedingungen der Versuchstiere berücksichtigt.

Hiervon abzugrenzen sind Tierversuche, die den Voraussetzungen des § 8a Abs. 1 TierSchG entsprechen und daher nicht genehmigungsbedürftig, sondern lediglich anzeigepflichtig sind. Darunter fallen etwa Versuchsvorhaben an Zehnfußkrebsen (§ 8a Abs. 3) sowie durch Gesetze oder Rechtsverordnungen vorgeschriebene Tierversuche (§ 8a Abs. 1 Nr. 1).

Für bestimmte Forschungsziele, z. B. „zur Entwicklung oder Erprobung von Waffen, Munition und dazugehörigem Gerät” (§ 7a Abs. 3), sind Tierversuche nach deutschem Recht ausdrücklich verboten. Dieses Verbot gilt im Allgemeinen auch für Tierversuche „zur Entwicklung von Tabakerzeugnissen, Waschmitteln und Kosmetika” (§ 7a Abs. 4); das Gesetz lässt in Ausnahmenfällen jedoch Genehmigungen zu. Tierversuche sind in verschiedenen deutschen Gesetzen auch vorgeschrieben. Sie werden z. B. im Gesetz zum Schutz vor gefährlichen Stoffen (ChemG), in der Verordnung über Medizinprodukte (MPV), im Gesetz zum Schutz der Kulturpflanzen (PflSchG) oder in der Verordnung über Pflanzenschutzmittel und Pflanzenschutzgeräte (PflSchMGV) gefordert.