Molekularna biologija je područje biologije koje se bavi molekularnim strojem života. Polje je osnovano ranih 1930-ih, iako je izraz korišten tek 1938. godine, a polje nije uzelo maha sve do kasnih 50-ih i ranih 60-ih. Od tada je napredak na tom polju ogroman. Polje je počelo rendgenskom kristalografijom različitih važnih bioloških molekula. Sada kristalografske baze podataka pohranjuju molekularnu strukturu desetaka tisuća tih molekula. Razumijevanje ovih proteina pomaže nam razumjeti kako tijelo radi i kako ga popraviti kada se pokvari.
Istinski moderna molekularna biologija pojavila se s otkrivanjem strukture DNK 1960-ih i istodobnim napretkom u biokemiji i genetici. Molekularna biologija jedna je od tri primarne biološke znanosti molekularnog razmjera, a ostale su biokemija i genetika. Ne postoji jasna podjela između ta tri, ali oni imaju opće domene.
Općenito govoreći, biokemija gleda na funkciju proteina unutar tijela, genetika gleda na to kako se geni nasljeđuju i razmnožavaju, a molekularna biologija gleda na proces replikacije, transkripcije i translacije gena. Molekularna biologija ima neke površinske sličnosti s informatikom, jer se geni mogu promatrati kao diskretni kod, iako proteini za koje oni kodiraju i njihove naknadne interakcije mogu biti vrlo nelinearne.
Najvažnija ideja u molekularnoj biologiji je takozvana “središnja dogma” molekularne biologije, koja kaže da protok informacija u organizmima slijedi jednosmjernu ulicu – geni se transkribiraju u RNA, a RNA se prevodi u proteine. Iako općenito točna, “središnja dogma” nije tako apsolutna ili sigurna kao što joj naziv implicira. U nekim slučajevima, tijek informacija može se obrnuti, jer proteinsko okruženje može utjecati na to koji se geni transkribiraju u RNA, a koja se RNA prevodi u proteine. Opća slika ipak vrijedi, kao da bi proteini imali previše utjecaja na gene koji ih kodiraju, tijelo bi bilo u kaosu.
Jedno od najosnovnijih područja istraživanja u molekularnoj biologiji je korištenje ekspresijskog kloniranja da se vidi koji su proteini stvoreni pomoću kojih gena. Ekspresijsko kloniranje uključuje kloniranje segmenta DNA koji kodira protein od interesa, pričvršćivanje DNA na plazmidni vektor, zatim uvođenje vektora u drugu biljku ili životinju. Način na koji se prenosi DNK izražava daje vrijedan uvid u njegovu ulogu u organizmu. To nam omogućuje da naučimo što rade geni. Bez tog znanja, velik dio genetike, kao što je naše znanje o ljudskom genomu, bio bi beskorisan.
Postoje mnoge druge smjerove istraživanja u molekularnoj biologiji. Polje je zapanjujuće ogromno. Gore navedene informacije, međutim, služe kao uvod.