Pojam “biomolekula” odnosi se na široku kategoriju molekula koje obuhvaćaju sve tvari proizvedene biološkim procesima organizma. Ove molekule uključuju stvari kao što su nukleinske kiseline, proteini i saharidi. Biomolekule čine tijela svih živih bića i uzroci su i produkti kemijskih procesa koji ih održavaju na životu.
Postoji ogroman broj raznolikih biomolekula, u rasponu od malih molekula od nekoliko atoma do ogromnih, složenih struktura zvanih makromolekule koje mogu sadržavati tisuće ili čak milijune atoma. Neke vrste biomolekula su iznimno velike prema molekularnim standardima. To je omogućeno jednim od svojstava ugljika, elementa na kojem se temelji sav poznati život. Atomi ugljika mogu se međusobno povezati u duge lance koji se ponavljaju, s drugim atomima ili skupinama atoma vezanih za lanac, da tvore iznimno duge molekule koje se nazivaju polimeri. Ovi polimeri mogu biti sastavljeni od stotina pojedinačnih strukturnih jedinica povezanih zajedno, a također se mogu podijeliti u više grana ili kemijski vezati za druge polimerne lance kako bi formirali ogromne strukture.
Jedna od najčešćih i najvažnijih vrsta biomolekula naziva se protein, skupina makromolekula bitnih za biološke procese u svim oblicima života. Sastoje se od lanaca manjih biomolekula zvanih aminokiseline. Različite vrste proteina služe različitim funkcijama, kao što je prenošenje kemijskih poruka od stanice do stanice, formiranje struktura koje drže stanice zajedno i kataliziranje kemijskih reakcija koje pokreću metabolizam organizma putem specijaliziranih proteina zvanih enzimi.
Druga skupina biomolekula naziva se lipidi, kategorija koja obuhvaća tvari kao što su steroli, prirodni voskovi i gliceridi, od kojih se najpoznatiji zovu masti. Lipidi su općenito manji od proteina, iako još uvijek mogu sadržavati polimerne lance duge desetke ugljikovih atoma. Lipidi su važni za održavanje strukture stanica, jer je veći dio stanične membrane svake stanice napravljen od njih, a također su i oblik skladištenja energije.
Saharidi, koji se nazivaju i ugljikohidrati, vrsta su biomolekula koje sadrže samo ugljik, vodik i kisik. Dvije skupine saharida, nazvane monosaharidi i disaharidi, obično se nazivaju šećerima. Molekule saharida su još jedna važna skupina tvari za energiju, uključene su u mnoge metaboličke procese i koriste se kao strukturna potpora nekim organizmima, ponajviše u obliku celuloze u biljkama.
Nukleotidi su klasa biomolekula napravljenih od saharida vezanih za fosfatnu skupinu i jedne od nekoliko mogućih vrsta nukleobaze, vrste biomolekule na bazi dušika. Rezultirajući spojevi uključuju molekule zvane kofaktori koji pomažu proteinima da kataliziraju metaboličke kemijske reakcije i važne stanične signalne molekule. Nukleotidi su također primarne komponente ribonukleinske kiseline (RNA) i deoksiribonukleinske kiseline (DNK), što ih čini jednim od najosnovnijih građevnih blokova života. Genetske informacije živih bića su kodirane u rasporedu različitih tipova nukleobaza na dugim lancima nukleotida koji čine DNK i upravljaju njezinim aktivnostima, čineći nukleotide osnovom nasljeđa.
Ne mogu svi organizmi sami proizvesti svaku vrstu biomolekule koja im je potrebna. Organizmi koji mogu sintetizirati potrebne biomolekule iz nežive tvari u okolišu, kao što su biljke, alge i neki oblici bakterija, nazivaju se autotrofi. Organizmi koji to ne mogu učiniti sami, nazvani heterotrofi, ovise o kombinaciji molekula sintetiziranih u njihovim vlastitim tijelima i drugih biomolekula koje se unose jedući druge organizme koji sadrže tvari koje heterotrof ne proizvodi sam. Ova kategorija uključuje životinje, gljive i neke jednostanične organizme.