做小的外科手术，如切掉皮肤上的疣等，似乎没有必要让病人完全失去知觉。特别是有些手术需要病人的配合才能顺利进行，如做眼科手术，为了手术的需要，大夫经常要求病人把眼睛尽量向下看或向上看，如果病人完全失去知觉就无法配合了。发现氯仿麻醉作用的辛普森曾经提出，能否让病人在不失去知觉的情况下产生麻醉作用。有些人认为辛普森的这个想法，比他发现氯仿麻醉作用的贡献还要大。因此，局部麻醉药的寻找在150年前就已经开始了。
一、早期的局部麻醉方法
在局部麻醉情况下进行手术，实际上在1812年就已经开始了，不过不是有意使用的。拿破仑于1812年在莫斯科溃败时，他的首席外科医生发现，在零下二三十度下做截肢手术，伤员痛觉减轻许多，手术后恢复得也比较快。这实际上就是冷冻麻醉下的手术。1848年英国的阿诺特（James Arnott）就是模仿这种做法，将装有碎冰盐的猪膀胱放在皮肤上，用以克服切开皮肤时产生的疼痛。
曾为英国维多利亚女王做无痛分娩的麻醉师斯诺，也为寻找不失去知觉的麻醉剂做过不少的工作。他试验了包括固体二氧化碳（干冰）在内的许多冷冻剂和它们的混合物。由于他的早逝，他的学生理查森继续了这项工作。理查森看到英国女士们使用的科隆香水（就是香水被放在一个小瓶子内，用一个喷嘴，通过捏一个橡皮球将香水喷出来）便来了灵感。他想，能不能用低沸点的溶剂代替香水喷在皮肤上，产生冷冻麻醉的效果。他首先试着将乙醚喷在皮肤上，局部麻醉效果很好，证明这种局麻方法可以应用于许多小手术。以后他又试用了石油醚、溴乙烷、氯乙烷，同时改进了喷雾的装置，于是理查森的喷雾剂在欧洲广泛使用。
CH3CH2BrCH3CH2Cl
溴乙烷 氯乙烷
理查森的喷雾剂刺激性很大，对眼睛可造成伤害，无法用于眼科。柯勒（Carl Koller）从1882年就决定寻找能适用于眼科的局部麻醉剂。他试用水合氯醛、溴化钠和吗啡（当时还不知道吗啡的化学结构）于动物的眼内，观察是否有麻醉作用，因为水合氯醛和溴化钠都有催眠镇静作用，结果发现它们都能损伤眼睛。寻找眼科局部麻醉剂的愿望也就未能实现。
二、可卡因的局部麻醉作用
1884年，柯勒的一位好朋友弗瑞德（Sigmund Freud），要求他帮助解决为什么玻利维亚、智利等国的印第安人咀嚼古柯树的叶子可以解除疲劳的问题。柯勒答应参加他的试验工作。
古柯树叶在19世纪中叶传入欧洲，1860年，尼曼（Albert Niemann）从中成功地分离出纯的可卡因结晶。可卡因是一种碱性有机化合物，即生物碱。人们把从植物中分离出的碱性有机化合物统称为生物碱。当时人们认为可卡因是和咖啡因（从茶叶和咖啡中分离出的生物碱）相似的温和兴奋剂，把它放在饮料和酒中饮用，完全不知道它具有成瘾性。
柯勒曾经希望可卡因能有局部麻醉作用，但是弗瑞德的研究报告指出，可卡因是一种兴奋性生物碱，因而他不再考虑将可卡因用于局部麻醉试验。他们用可卡因来解除一位朋友的吗啡成瘾性，但得到了悲剧性的结果，这位朋友又染上了可卡因的成瘾性。于是弗瑞德不得不放弃用可卡因进行精神治疗的打算。
弗瑞德的一位同事说，可卡因使他的舌头麻木。柯勒回答说，这不新鲜，所有服用可卡因的人都有这种感觉。就在这一瞬间，柯勒意识到他可能无意中遇到了一个能用于眼睛的麻醉药。他立即回到自己的实验室，把盐酸可卡因溶于蒸馏水中，再向蛙的一只眼中滴了几滴这种溶液，几秒钟后这只眼的反射就消失了，大约又过了1分钟，他用针尖轻触这只眼的角膜，没有反射动作，甚至用针尖刺伤这只眼也没有反应，而另一只眼则和平常一样，对轻微触摸都有反应。他非常兴奋，用同样的方法试验了兔和狗的眼睛，得到了同样的结果。然后，柯勒和他的助手彼此向对方的眼中滴入可卡因溶液，对着镜子用大头针的头触摸角膜，没有任何感觉，也没有任何的不适感。他把他的发现写成文章，托他的一位去参加1884年9月15日在海德堡举行的眼科会议的朋友在会上宣读并做演示。文章受到与会者的极大欢迎。1个月之内可卡因便在全欧洲乃至美国普遍使用，柯勒在全世界的医学界成了著名人物。柯勒是个犹太人，尽管他变成了一位著名的医生，可是在几个月以后发生的反犹太人的运动中，他还是不得不搬出维也纳，后来定居于纽约。
三、普鲁卡因的发现
可卡因的广泛应用，使其价格不断上升，同时可卡因的毒性及成瘾性的报道也逐渐增多，人们不得不寻找毒性低和无成瘾性的麻醉药。
1892年，慕尼黑大学化学教授爱因赫（Albert Einhorn）推测了可卡因的化学结构。柏林大学的莫林（George Merling）根据爱因赫推测的结构式推想，可卡因结构中的两个环对局部麻醉作用不一定都是必要的。于是他设想把五元环打开而保留六元环，合成了一些哌啶的衍生物，发现其中的α-优卡因具有很强的麻醉作用。α-优卡因于1896年上市，在临床使用中，病人抱怨说用α-优卡因麻醉眼睛有烧灼感。不久，α-优卡因就被β-优卡因代替。后者的毒性比可卡因弱，麻醉作用也略弱于可卡因，但仍未能消除对眼睛的刺激性。
奥索方新奥索方
爱因赫想进一步了解优卡因的六元含氮环（即哌啶环）是否与麻醉作用有关，就合成了一些苯环上带有羧酸酯类的化合物，以试试它们有没有麻醉作用，因为可卡因分子中就有苯甲酸酯的结构部分。结果发现其中有一些化合物具有麻醉作用，其中的奥索方（又名奥索卡因）于1896年应用于临床，外用于伤口止痛。因为这种药不溶于水，故不能做成溶液滴入眼睛中。奥索方在伤口的停留时间较长，可以维持麻醉作用达几小时。由于奥索方合成起来比较困难，故价格较贵，因此被其异构体新奥索方所代替。
瑞瑟特（E.Risert）在1890年就发现对氨基苯甲酸乙酯能使舌头麻木，但由于它不溶于水就没有考虑它的临床应用问题。等奥索方应用于伤口止痛以后，瑞瑟特又重新考虑应用对氨基苯甲酸乙酯的可能性。1902年，这个化合物被用作表面麻醉药，称为“麻因”，以后定名为苯佐卡因。瑞瑟特曾想把麻因做成盐酸盐，以便能做成水溶液注射应用。但是，麻因的氨基虽然是碱性基团，因为与苯环相连而使碱性减弱，因此与盐酸（强酸）形成盐后是种酸性盐，其水溶液的酸性很强，刺激性太大，不能注射应用。他又试验了用其他几种酸做成盐，都没有成功。
通过奥索方的成功，使爱因赫深受鼓舞，他也想做一些可以溶于水以便能注射应用的衍生物。他把碱性的氨基连在烷基上，因为这种氨基的碱性比苯环上的氨基碱性要强得多。在他合成的一些带有脂肪族的氨基化合物中，经实验发现有一个化合物具有麻醉作用，但麻醉作用不强，需用较浓的溶液。这个化合物曾一度被用于临床，称尼凡宁，它的毒性比可卡因、优卡因都小，可是浓溶液的刺激性比较大，不久就被后来发现的较好药物所代替。
法国人福尔纽（Ernest Fourneau）在德国学习化学并在许多名家手下工作过。他于1902年回到法国，认为法国自己也应该生产麻醉药而不应该总是向德国购买。他说服了几家法国公司建立了药物研究实验室，由他指导进行研究。1年内他就研究出一种新的麻醉药，与尼凡宁相似也能制成水溶液应用。这种化合物是福尔纽精心按照可卡因的结构设计的，只是没有复杂的双环系统。这种化合物后来被应用于临床，定名为阿米洛卡因，它是苯甲酸与氨基醇形成的酯。这是医药界经过长期探索得到的第一个可以代替可卡因用于注射，且没有刺激性的局部麻醉药。
当阿米洛卡因问世后，爱因赫立即想到，如果把阿米洛卡因及苯佐卡因的特点结合在一起，一定可以得到一种更好的麻醉药。因此他就合成了一些对氨基苯甲酸与氨基醇形成的酯化合物。经过动物试验后，他把最有希望的一个化合物送到莱比锡的布朗（Heinreich Braun）教授那里，用志愿者和自己做试验，认为该化合物比当时所有的局部麻醉药的刺激性都小，但作用时间短暂，必须用浓溶液。而浓溶液产生的毒性和刺激性与可卡因相似，这样就把它的优点给抵消了。
1885年美国的柯宁（Leonard Corning）发现，用止血带扎住用药的局部，阻止局部的血液循环，可以加强可卡因的麻醉作用，延长麻醉时间，因为可卡因可以不被循环的血液带走。使用这种方法可以减少可卡因的用量，因而减轻了它的毒性。这个做法很快便传到欧洲大陆，并广泛应用于外科手术，只是不能应用于手指和脚趾的手术。1900年，布朗读到一篇文章，提到将肾上腺的提取物应用于局部时，可以使局部的血管收缩。他立即想到若把肾上腺提取物应用于局部麻醉药中，可以收到使用止血带的效果。他用肾上腺的提取物与可卡因混合注射到自己的手臂上，发现其麻醉作用不但加强而且麻醉持续时间也延长了。4年后，在他研究爱因赫送来的这个新化合物时，已经从肾上腺提取物中分离出纯的肾上腺素。布朗想，能否把爱因赫的新化合物与肾上腺素混合使用，以降低其浓度和延长麻醉时间。试验结果达到了他的预想。这样爱因赫的新化合物就以奴佛卡因的名字上市，后来改名为普鲁卡因。这是在临床上迄今还在使用的局部麻醉药。
自1884年发现可卡因的局部麻醉作用后，人们就开始了替代品的寻找工作。经过20年的努力，终于发现比可卡因更好且没有成瘾性的阿米洛卡因和普鲁卡因。这两个化合物的化学结构要比可卡因简单得多，容易用化学合成方法大规模生产。比较这3种药物的化学结构，人们可以看出，苯甲酸酯是它们的共同部分，而可卡因的复杂双环结构，只不过相当于氨基醇的链状结构。由此人们认识到，复杂天然产物的结构有可能进行简化而保留或提高其原有的生理作用。从此便开辟了简化天然产物的结构，寻找新药的研究途径。
阿米咯卡因
普鲁卡因