Molekularna biokemija proučava funkcije živih organizama. Konkretno, fokusira se na kemijske procese uključene u strukturu i aktivnost organizama na molekularnoj razini. Pojedinci koji proučavaju molekularnu biokemiju u velikoj su mjeri usredotočeni na biokemijsko istraživanje proteina, lipida, ugljikohidrata i nukleinskih kiselina koje se nalaze u različitim kombinacijama ovih molekula.
Molekule mogu biti vrlo velike i složene te se sastavljati u velike jedinice poznate kao polimeri. Ove makromolekule koriste ponavljajuće strukturne jedinice koje su povezane dijeljenjem elektrona. Ovaj proces je poznat kao kovalentna kemijska veza. Polimeri se zatim razgrađuju u podjedinice poznate kao monomeri. Najčešći od ovih monomera je glukoza, koja se povezuje u celulozu i škrob. Drugi uobičajeni polimer je protein koji se sastoji od aminokiselina. Molekularni biokemičari rade na razumijevanju strukture ovih monomera i njihovog većeg stvaranja polimera, kao i kako oni rade i međusobno djeluju unutar organizma.
Jedan od najvažnijih aspekata molekularne biologije je razumijevanje kemijskih svojstava molekula. Metabolizam stanica primjer je istraživanja pomoću molekularne biokemije. Kemijske reakcije se događaju u svim živim organizmima i potrebne su za održavanje života. Različiti procesi unutar stanice odgovorni su za reprodukciju, održavanje strukture i autonomni odgovor na podražaje. Molekularni biokemičari proučavaju dvije glavne kategorije metabolizma: katabolizam i anabolizam. Katbolizam je proces kojim se materija razgrađuje i energija prikuplja u staničnom disanju. Anabolizam koristi energiju za izgradnju različitih komponenti unutar stanice.
Osim živih struktura molekula, molekularna biokemija također proučava viruse. Virusi se mogu razmnožavati samo unutar stanice domaćina, što ih čini pseudo-životnim oblikom. Ti entiteti mogu utjecati na različite dijelove molekula, utječući na sve, od sinteze proteina do transporta stanične membrane. Sve vrste organizama, biljni ili životinjski, mogu biti zaražene virusima. Molekularni biokemičari identificirali su preko 5,000 vrsta virusa diljem svijeta, u gotovo svakom zamislivom ekosustavu. Grana molekularne biokemije koja proučava ove organizme poznata je kao virologija.
Molekularna biokemija započela je početkom 1800-ih s Friedrichom Wohlerom. Objavio je rad koji dokazuje da se organski spoj uree može sintetizirati 1828. Nakon toga je uslijedilo otkriće enzima amilaze, koji razgrađuje šećere, 1833. Anselme Payen. Amilaza je bio prvi identificiran enzim i pokazao je da su različite tvari unutar molekule odgovorne za različita djelovanja. Studije su se nastavile tijekom sljedećih desetljeća koje su dovele nove koncepte kao što je DNK u prvi plan. Danas je molekularna biokemija jedan od najvažnijih aspekata u daljnjem razumijevanju građevnih elemenata života.