Biologia molekularna bada podstawy aktywności życiowej organizmów na poziomie makrocząsteczek. Celem biologii molekularnej jest ustalenie roli i mechanizmów funkcjonowania tych makrocząsteczek na podstawie wiedzy o ich strukturze i właściwościach. Historycznie biologia molekularna powstała w trakcie rozwoju gałęzi biochemii badającej kwasy nukleinowe i białka. Podczas gdy biochemia bada metabolizm, skład chemiczny żywych komórek, organizmów i procesy chemiczne w nich zachodzące, biologia molekularna koncentruje się na badaniu mechanizmów przekazywania, reprodukcji i przechowywania informacji genetycznej. Przedmiotem badań biologii molekularnej są same kwasy nukleinowe - dezoksyrybonukleinowy (DNA), rybonukleinowy (RNA) - i białka, a także ich kompleksy wielkocząsteczkowe - chromosomy, rybosomy, systemy multienzymatyczne, które zapewniają biosyntezę białek i kwasów nukleinowych. Biologia molekularna graniczy również z przedmiotami badań i częściowo pokrywa się z genetyką molekularną, wirusologią, biochemią i wieloma innymi pokrewnymi naukami biologicznymi.