基因在表達其性狀的過程中貫穿著核酸與核酸、核酸與蛋白質的相互作用。DNA複製時，雙股螺旋在解旋酶的作用下被拆開，然後DNA聚合酶以親代DNA鏈為模板，複製出子代DNA鏈。轉錄是在RNA聚合酶的催化下完成的。
生物體內普遍存在的膜結構，統稱為生物膜。它包括細胞外周膜和細胞內具有各種特定功能的細胞器膜。從化學組成看，生物膜是由脂質和蛋白質通過非共價鍵構成的體係。很多膜還含少量糖類，以糖蛋白或糖脂形式存在。
生物體的能量轉換主要在膜上進行。生物體取得能量的方式，或是像植物那樣利用太陽能在葉綠體膜上進行光合磷酸化反應；或是像動物那樣利用食物在線粒體膜上進行氧化磷酸化反應。這二者能量來源雖不同，但基本過程非常相似，最後都合成腺苷三磷酸。
生物體利用食物氧化所釋放能量的效率可達70%左右，而從煤或石油的燃燒獲取能量的效率通常為20%～40％，所以生物力能學的研究很受重視。對生物膜能量轉換的深入了解和模擬，將會對人類更有效地利用能量作出貢獻。
生物膜的另一重要功能是細胞間或細胞膜內外的信息傳遞。在細胞表麵，廣泛地存在著一類稱為受體的蛋白質。激素和藥物的作用都需通過與受體分子的特異性結合而實現。癌變細胞表麵受體物質的分布有明顯變化。細胞膜的表麵性質還對細胞分裂繁殖有重要的調節作用。
對細胞表麵性質的研究帶動了糖類的研究。糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等生物大分子結構與功能的研究越來越受到重視。從發展趨勢看，寡糖與蛋白質或脂質形成的體係將成為分子生物學研究的一個新的重要的領域。
分子生物學的成果表明：生命活動的根本規律在各種各樣的生物體中都是統一的。例如，不論在何種生物體中，都由同樣的氨基酸和核苷酸分別組成其蛋白質和核酸。
遺傳物質，除某些病毒外，都是DNA，並且在所有的細胞中都以同樣的生化機製進行複製。
物理學的成就證明，一切物質的原子都由為數不多的基本粒子根據相同的規律所組成，說明了物質世界結構上的高度一致，揭示了物質世界的本質，從而帶動了整個物理學科的發展。分子生物學則在分子水平上揭示了生命世界的基本結構和生命活動的根本規律的高度一致，揭示了生命現象的本質。和過去基本粒子的研究帶動物理學的發展一樣，分子生物學的概念和觀點也已經滲入到基礎和應用生物學的每一個分支領域，帶動了整個生物學的發展，使之提高到一個嶄新的水平。
過去對生物進化方麵的研究，主要是對不同種屬間形態和解剖方麵的比較來決定親緣關係。隨著蛋白質和核酸結構測定方法的進展，比較不同種屬的蛋白質或核酸的化學結構，即可根據差異的程度，來斷定它們的親緣關係。由此得出的係統進化樹，與用經典方法得到的是基本符合的。
運用分子生物學的方法來研究分類與進化具有特別的優越性。首先，構成生物體的基本生物大分子的結構反映了生命活動中更為本質的方麵。其次，根據結構上的差異程度可以對親屬關係給出一個定量的，因而也是更準確的概念。第三，對於形態結構非常簡單的微生物的進化，則隻有用這種方法才能得到可靠結果。
分子生物學在生物工程技術中也起了巨大的作用，1973年重組DNA技術的成功，為基因工程的發展鋪平了道路。20世紀80年代以來，已經采用基因工程技術，把高等動物的一些基因引入單細胞生物，用發酵方法生產幹擾素、多種多肚激素和疫苗等，基因工程的進一步發展將為定向培育動、植物和微生物良種以及有效地控製和治療一些人類遺傳性疾病提供根本性的解決途徑。
從基因調控的角度研究細胞癌變也已經取得不少進展。分子生物學將為人類最終征服癌症做出重要的貢獻。