La prevalencia de enfermedad renal ha aumentado considerablemente en la última década y está previsto que crezca en los próximos años. Recientemente, diversos modelos se han utilizado para entender los procesos fisiopatológicos de daño renal y para la búsqueda de futuros candidatos farmacológicos. El objetivo de esta revisión es proporcionar una descripción de la evidencia actual de modelos in vitro e in vivo de nefrotoxicidad, nefropatía diabética y deshidratación, y los fundamentos de las principales vías de señalización fisiopatológicas, con el fin de proponer biomarcadores candidatos para futura investigación farmacológica. Actualmente, los roedores constituyen un pilar importante en estudios de daño renal, existiendo diferencias específicas según el estímulo nocivo, lo que sugiere considerar para un modelo relevante aspectos como especie, cepa, género y estructuras renales objetivo. Diversas estructuras renales se han complementado in vitro, principalmente a partir de líneas celulares, como del epitelio tubular, podocitos, células mesangiales glomerulares y conducto colector medular interno. Este enfoque se ha utilizado como complementario en modelos de nefrotoxicidad por exposición a aminoglucósidos (principalmente), deshidratación por cloruro de sodio hiperosmolar, y nefropatía diabética por medio de glucosa alta y productos derivados de glucólisis y glicación. Recientemente, estos modelos han mostrado similitud en diversas rutas de señalización celular, con algunos biomarcadores en común, entre múltiples causas de daño renal como el daño oxidativo, disfunción mitocondrial, procesos inflamatorios, desregulación de sistemas de defensa y sobrevivencia celular, y apoptosis. El enfoque en seleccionar biomarcadores relevantes contribuirá al diseño de estrategias terapéuticas de nefroprotectores sobre múltiples factores etiológicos.