當前，在生物工程學研究的最前沿陣地上，科學家們已經吹響了向21世紀進軍的衝鋒號。遺傳學、免疫學、細胞工程學等各個領域內的研究都正在緊張而活躍地進行著。為了探明生命現象的真諦，為了解決與人類生活息息相關的一係列重大問題，科學家們付出了巨大的努力和辛勤的勞動。現在，許多研究已取得重要進展和突破，即將走出實驗室，進入人類社會的現實生活中。
（1）解決二十一世紀人類的食物
隨著人口的增長，解決21世紀人類的食物已成為重大問題。生物工程應用於農業的研究已取得可喜的進展。例如，供植物中特定部分在短期內增殖的技術已日臻成熟，目前應用這種技術得到的高麗參、紫草、煙草等，近30種植物可用部分的含量已高於親本植物。
導入最少限度的遺傳基因可使植物的特定性質發生變化，但是實現這種操作還必須跨越很多障礙。雙子葉植物是利用根瘤土壤杆菌作為遺傳基因的“轉運站”，目前對這類植物染色體組合的技術已得到開發。但是，根瘤土壤不能感染單子葉植物，所以也就沒有這樣的“轉運站”可供利用。盡管困難重重，但此項技術的研究卻捷報頻傳。例如，通過導入產生殺蟲蛋白的遺傳基因而獲得抗蟲性的煙草，在歐洲已培植成功。利用這種技術而獲得抗除草劑基因的土豆和抗病毒基因的西紅柿也可望成為現實。
在水產和畜牧業方麵，應用受精卵分離技術和遺傳基因導入技術，把原質型的DNA（脫氧核糖核酸）注入受精卵再移植到代理母腹之中，可得到理想的後代。若對代理母畜的品種加以改良，還可以實現一卵多胎，或使乳量增多等等。
雌雄控製技術也是重要的研究課題。例如，從產奶角度考慮，宜繁殖較多的母牛，而從肉食角度考慮，則以公牛價值為高；魚類則以體型較大的雌魚經濟價值最高。如能人為地控製雌雄，就可使經濟效益顯著提高。現在，根據X精子比Y精子比重大的道理，已能夠利用離心法將X精子和Y精子分離開來，並且這種技術已開始進入實用階段，人工根據需要選擇雌雄已經成為可能。
水產業中利用紫外線照射破壞精子的染色體，或通過雄性荷爾蒙產生假雄性，再與雌性交配得到雌性的技術已經確定。甚至可利用融合技術“生產出”染色體為XXY的魚，這種魚的體型比正常的魚大3倍。這種在生殖過程中加以人為控製而提高產量的技術，是畜牧和水產方麵生物工程學開發的重點。
（2）診治更多的遺傳病
遺傳病是因遺傳基因存在缺陷，由父母傳給後代的疾病。現在已知的遺傳病幾乎有上千種。為了擴展治療遺傳病的途徑，利用遺傳基因修補技術的臨床實驗已經開始了。
遺傳病或者是生下來就顯現異常病變，或者是正常生活到一定年齡再突然發病。前者的代表如血友病，是因為血液凝固基因缺損而使血液不能正常凝固。又如地中海貧血病，是由於缺乏製造球蛋白的遺傳基因而發生的機能失調，造成溶血性貧血。後者的代表如家族性澱粉樣變性，是在20歲左右發病，出現末梢神經異常，發病之後雖然意識正常但肌肉慢慢不能活動，直到死亡。這是由於類澱粉物蛋白質在末梢神經大量結合的緣故，但迄今為止還不清楚是怎樣結合的。
胎兒成長在母腹羊水的包圍中，細胞是浮在羊水中的，因此采取羊水就可以了解細胞的情況。這種子宮內診斷術的發展使遺傳病的預測得到很大進步。如果能及時準確地判斷胎兒潛伏的遺傳病變，就可能給以恰當的處理。
對染色體進行物理分離的技術能使人和老鼠的細胞融合，再把人體染色體的一個或數個向融合細胞轉移，並使之增殖。這一技術使科學家們對人的遺傳基因的測定有了很大進步，使遺傳病的診斷得到重大的進展。
對於先天性代謝異常，如果等到症狀明顯再治療則為時已晚，因此在胎兒期進行早期診斷，及時給以恰當處理是最理想的。對潛伏一定時期後才發作的遺傳病，則必須把引起疾病的遺傳基因的控製機製搞清楚。如果能弄清異常遺傳基因，並以正常遺傳基因與之交換當然是最好不過的，但這樣的治療必須在卵子受精時進行，僅對特定遺傳基因進行代換，再送回子宮內去。這種操作不但在技術上困難，在倫理上也有問題，因此目前尚難以實現。
然而完全可以期待，分子生物學的進展將會詳細解答有關遺傳基因的種種複雜問題。這項研究必將為更廣泛地治療遺傳病作出重大的貢獻。
（3）精巧的仿生
生物工程學的研究還包括利用人造物模仿和實現生物所具有的各種傑出機能，從而使生物工程學滲入仿生學的領域。
再現並提高生物機能的研究進展很快，從分子水平看，正在研究模仿酶的催化機能和血紅蛋白的輸氧機能；從組織髒器水平看，具備排廢機能的人工腎髒及具備泵機能的人工心髒等的研究十分活躍。