Moleküler biyoloji, canlılardaki olayları moleküler seviyede tetkik eden biyoloji dalıdır.
Moleküler biyoloji son yıllarda önem kazanan genetik, biyokimya, hücre biyolojisi ve biyofizik gibi dalların gelişmesiyle ortaya çıktı. Canlı organizmada hayati önemleri oldukça fazla olan nükleik asitler, proteinler ve enzimlerin yapılarının tamamen aydınlatılması moleküler biyolojinin ilgi alanıdır. Bu maksatla X ışınları difraksiyonu ve elektron mikroskobu gibi ileri tekniklerden faydalanılırdı. İnsan ve diğer canlıların genomlari aydınlanmaya başladıktan sonra moleküler biyolojinin genel ilgi alanı
canlılardaki proteinleri ve onlarin üstlendikleri görevleri ve birbirleriyle olan etkileşimleri anlamaya yönlenmiştir.
Bu günlerde moleküler biyoloji ortaya çıkan yeni yöntemlerin yardımıyla hızlı bir gelişme sürecine girmiş ve hem hastalıkların gerçek nedenleri anlaşılmaya başlanmış hem de biyoteknolojik ve biyonik gelişmelerin yolu açılmıştır. DNA mikroçipleri ile genlerin ifade profillerinin alınması olası hale gelmiş, gerçek zamanlı PCR ile gen ifadesinin incelenebilmesine olanak vermiştir. Floresan antikor ve protein teknolojileri, bu floresan proteinlerin hücre içinde sentezlenmesiyle veya ilgilenilen proteinlere kaynaştırılmasıyla proteinlerin hücre içinde takibi mümkün olmuş ve hangi hücrelerin hangi şartlar altında bu proteinleri nasıl ve nerede kullandığının anlaşılmasını sağlamıştır.
Bir çok hücre türünün kültüre edilmesi genetik hayvan deneylerinde hangi genetik etkenlerin hangi sorunlara yol açtığını anlamayı kolaylaştırmıştır. Rekombinant DNA teknolojileri ile canlılar arası gen alış verişi mümkün olmuş ve birçok alanda yeni ürünlerin üretilme yolu açılmıştır. Kök hücre ve transgenik hayvan modellerindeki çalışmalar birçok hastalığın tedavisi için umut vermektedir.