Biokemijska istraživanja nalaze se na razmeđi kemije i biologije, tražeći odgovore na pitanja o kemiji živih bića i ponašanju kemijskih tvari u okolišu žive osobe ili životinje ili biljke ili drugog živog bića. Također se naziva i biokemijsko istraživanje i biološka kemija. Prema Uredu za statistiku rada Sjedinjenih Država (BLS), većina biokemičara uključena je u akademska ili industrijska biokemijska istraživanja.
Moguće teme proučavanja kreću se od složenih kemijskih promjena koje se događaju na staničnoj razini do procesa unutar pojedinog živog bića, kao što su rast i funkcija mozga, do procesa koji se odvijaju kroz generacije, kao što je nasljedstvo. Unutar bilo kojeg od ovih područja od pojedinačne stanice do obiteljske grupe — ili čak na većim razinama — biokemičari mogu proučavati strukture i njihove funkcije i procese, biokemijske uzroke i učinke, odnose između i među strukturama i organima. Oni također mogu pokušati sintetizirati ili konstruirati proizvode koji bi, na primjer, imali ulogu u medicinskoj znanosti.
S fokusom na organske spojeve, biokemijska istraživanja mogu se usredotočiti na jednu od četiri glavne vrste organske tvari koja se nalazi u stanici. Jedna vrsta su proteini, makromolekule sastavljene od aminokiselina koje čine bitnu komponentu prehrane ljudi i životinja. Drugi su ugljikohidrati, spojevi koji se u potpunosti sastoje od kisika, ugljika i vodika, koji se kombiniraju u hranu kao što su šećeri, celuloza i škrob. Treći se naziva masti ili lipidi koji su važan mehanizam osiguravanja energetskih rezervi za organizme. Četvrte su nukleinske kiseline, koje su prisutne u svim stanicama i koje su ključne za sintezu proteina i prijenos gena.
Prehrana je još jedno važno područje biokemijskih istraživanja i mnogi biokemičari su zaposleni u prehrambenoj industriji. Biokemičari proučavaju biokemiju hrane samu po sebi, kao i kako se ona koristi u tijelu, što uključuje proučavanje probave. Mogu se testirati novi prehrambeni procesi kako bi se vidjelo kakav, ako uopće ima, utjecaj imaju na nutritivnu kvalitetu prehrambenog proizvoda te se mogu osmisliti nove ideje kako zadovoljiti posebne prehrambene potrebe. Ostala područja biokemijskih istraživanja uključuju metabolizam, hormone, krvožilni sustav, genetiku, specifične bolesti, farmakologiju, razvoj matičnih stanica, toksikologiju i imunokemiju.
Biokemijska istraživanja uspostavljena su krajem osamnaestog stoljeća. Prvi put je organski spoj sintetiziran u laboratoriju kada je Friedrich Wöhler sintetizirao ureu 1828. Danas se biokemijska istraživanja nastavljaju baviti nekim od istih područja koja su zanimala znanstvenike prije nekoliko stoljeća, premda uz korištenje različite opreme. Biokemijski istraživači imaju na raspolaganju neke vrlo specijalizirane alate. To uključuje spektrofotometriju, DNA gel elektroforezu, kromatografiju i masenu spektrometriju.