從分子水平上研究生命現象物質基礎的學科。研究細胞成分的物理、化學的性質和變化以及這些性質和變化與生命現象的關系，如遺傳信息的傳遞，基因的結構、復制、轉錄、翻譯、表達調控和表達產物的生理功能，以及細胞信號的轉導等。

分子生物學中最基本的技術是蛋白質的表達和純化。首先是編碼目的蛋白的DNA序列被克隆（用PCR技術和限制性內切酶）到作為表達載體的質粒中。隨后構建好的質粒被引入到宿主細胞。編碼序列在質粒上的特殊的啟動子元件的驅動下，被宿主細胞的表達系統(tǒng)所表達。質粒上通常還帶有抗生素抗性標簽以便于質粒篩選。