第Ⅱ相臨床試験は一般に，第Ⅰ相臨床試験で安全性が確認された用量の範囲内で，試験薬の安全性および有効性，用法，用量を調べる試験であり，本来第Ⅲ相臨床試験に進み，検証するか否か判断する相であるとされている。第Ⅱ相臨床試験には，Single arm第Ⅱ相試験と無作為化第Ⅱ相臨床試験がある。Single arm第Ⅱ相試験の場合，得られた結果はヒストリカルコントロールと比較して評価される。無作為化第Ⅱ相臨床試験では，対照群に標準治療群を設定したり，他の有望とされる治療法を設定したり（セレクションデザイン）するため，より正確に第Ⅲ相臨床試験に進むべきかの判断が可能ではないかと期待されている。ただし，Single arm第Ⅱ相試験と無作為化第Ⅱ相臨床試験には，それぞれ利点，欠点があり，対象となるがん腫の希少性や提供可能なリソースなどに応じて，適切なデザインを選択することが重要である。特に，希少がんでは，症例集積の観点から無作為化第Ⅱ相臨床試験が困難であるため，必要症例数を下げる工夫（有意水準を緩める，ベイズ流アプローチ）や，リアルワールドデータを用いてSingle arm第Ⅱ相試験を強化する方法が用いられる。