¿Pueden los animales no humanos ser utilizados para el beneficio de los humanos de manera científicamente y moralmente justificada y, de ser así, cómo? Basándonos en nuestras propias experiencias como académicos de diversos campos, argumentamos que esta pregunta solo puede ser respondida como un esfuerzo interdisciplinario e internacional, considerando las perspectivas de la ética de la investigación y la ética animal, así como aspectos científicos y legales. El objetivo de este artículo es contribuir a la fundamentación del campo emergente de la ética de la investigación animal. Al hacerlo, describimos las siguientes siete fases de los experimentos de investigación animal: presunciones éticas, legales y sociales (fase 0), planificación (fase I), revisión (fase II), realización de experimentos (fase III), publicación/diseminación (fase IV), explotación adicional de resultados (fase V) y evaluación (fase VI). En total, se identifican y analizan 20 desafíos clave éticos, legales y prácticos que un marco ético para el uso de animales en la investigación necesita abordar. Finalmente, caracterizamos los siguientes cuatro meta-desafíos y oportunidades asociadas con la ética de la investigación animal como un campo: (1) pluralismo moral, (2) la integración de perspectivas y posiciones fuera del laboratorio, (3) pluralidad internacional de conductas, estándares y normas legales, y (4) educación interdisciplinaria.