Περιγραφές της εκτομής ζωντανών ζώων έχουν βρεθεί σε αρχαία ελληνικά κείμενα από περίπου το 500 π.Χ. Ιατροί-επιστήμονες όπως ο Αριστοτέλης, ο Ηρόφιλος και ο Ερασίστρατος διεξήγαγαν τα πειράματα για να ανακαλύψουν τις λειτουργίες των ζωντανών οργανισμών. Η ζωοτομία (εκτομή ζωντανού οργανισμού) εφαρμόστηκε σε ανθρώπους εγκληματίες στην Αλεξάνδρεια και στην αρχαία Ρώμη, αλλά οι αρχαίες απαγορεύσεις και ταμπού κατά της ακρωτηριασμού του ανθρώπινου σώματος οδήγησαν στην εξάρτηση από ζώα-πρότυπα. Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι τα ζώα στερούνταν νοημοσύνη και έτσι οι έννοιες της δικαιοσύνης και της αδικίας δεν τους εφαρμόζονταν. Ο Θεόφραστος, διάδοχος του Αριστοτέλη, διαφώνησε, αντιτιθέμενος στη ζωοτομία επειδή, όπως και οι άνθρωποι, μπορούν να νιώσουν πόνο, και η πρόκληση πόνου στα ζώα ήταν προσβολή προς τους θεούς.
Ο Ρωμαίος γιατρός και φιλόσοφος Γαληνός (130–200 μ.Χ.), του οποίου οι θεωρίες για την ιατρική είχαν επιρροή σε όλη την Ευρώπη για 15 αιώνες, ασχολήθηκε με τη δημόσια ανατομή ζώων (συμπεριλαμβανομένου ενός ελέφαντα), που ήταν μια δημοφιλής μορφή ψυχαγωγίας εκείνη την εποχή. Ο Γαληνός ασχολήθηκε επίσης με τη ζωοτομία των ζώων προκειμένου να αναπτύξει θεωρίες για την ανθρώπινη ανατομία, φυσιολογία, παθολογία και φαρμακολογία. Σε ένα από τα πειράματά του, έδειξε ότι οι αρτηρίες, οι οποίες πίστευαν οι παλαιότεροι γιατροί ότι περιείχαν αέρα, στην πραγματικότητα περιείχαν αίμα. Ο Γαληνός πίστευε ότι η φυσιολογία των ζώων ήταν πολύ παρόμοια με αυτή των ανθρώπων, αλλά παρά αυτή την ομοιότητα είχε λίγη συμπάθεια για τα ζώα στα οποία πειραματίστηκε. Ο Γαληνός συνέστησε στους μαθητές του να ζωογονούν τα ζώα «χωρίς οίκτο ή συμπόνια» και προειδοποίησε ότι η «δυσάρεστη έκφραση του πιθήκου όταν τον ζωντανεύουν» ήταν αναμενόμενη.
Ο Γάλλος φιλόσοφος Ρενέ Ντεκάρτ (1596–1650), ο οποίος περιστασιακά πειραματιζόταν σε ζωντανά ζώα, συμπεριλαμβανομένου τουλάχιστον ενός κουνελιού, καθώς και σε χέλια και ψάρια, πίστευε ότι τα ζώα ήταν «αυτόματα» που δεν μπορούσαν να βιώσουν πόνο ή να υποφέρουν όπως οι άνθρωποι. Ο Ντεκάρτ αναγνώρισε ότι τα ζώα μπορούσαν να αισθανθούν, αλλά επειδή δεν μπορούσαν να σκεφτούν, υποστήριξε, δεν μπορούσαν να βιώσουν συνειδητά αυτά τα συναισθήματα.
Ο Άγγλος γιατρός William Harvey (1578–1657) ανακάλυψε ότι η καρδιά, και όχι οι πνεύμονες, κυκλοφορούσε αίμα σε όλο το σώμα ως αποτέλεσμα των πειραμάτων του σε ζωντανά ζώα.