Фундаментальними завданнями молекулярної біології є: встановлення молекулярних механізмів основних біологічних процесів, як-от відтворення та реалізація генетичної інформації, біосинтез білків та інших процесів, зумовлених структурно-функціональними властивостями і взаємодією нуклеїнових кислот і білків, а також вивчення регуляторних механізмів даних процесів.
Організація макромолекул та надмолекулярних утворень, що зумовлюють такі специфічні ознаки живої матерії, як: саморегулювання систем, спадковість, мінливість, ріст і розвиток.
З кінця 1950-х і початку 1960-х молекулярні біологи навчилися характеризувати, ізолювати та маніпулювати молекулярними компонентами клітин і організмів. Ці компоненти охоплюють ДНК, РНК, білки.
У молекулярній біології застосовуються якісні та кількісні методи дослідження, як-от:
фізіологічні методи (гісто- та цитоаналіз, електронна та світлова мікроскопія);
фізико-хімічні методи (електронний парамагнітний резонанс, мас-спектрометрія, радіоавтографія, рентгеноструктурний аналіз);
Полімеразна ланцюгова реакція є універсальним методом для копіювання ДНК. Він дозволяє одній послідовності ДНК копіюватись (у мільйони разів) або змінитись у заданих напрямках. Наприклад, ПЛР може ввести сайти рестрикції (ділянки впізнавання) або мутувати (змінити) конкретні основи ДНК. Другий спосіб називають «швидкою зміною». ПЛР також може використовуватись для того, щоби визначити, чи конкретний фрагмент ДНК знаходиться в комплементарній ДНК. ПЛР має багато різновидів, як-от зворотна транскрипція для ампліфікації РНК, а також кількісна ПЛР, які дозволяють чисельно виміряти молекули ДНК або РНК.
Гель-електрофорез — спосіб розділення сумішей білків в поліакриламідному гелі відповідно до їхньої електрофоретичної рухливості, довжини поліпептидного ланцюжка або молекулярної маси, а також укладання білкової молекули, посттрансляційних модифікацій та інших факторів.
Саузерн-блот — метод молекулярної біології, який здійснюється за допомогою зондів, і який зазвичай використовується для встановлення того, чи певна нуклеотидна послідовність присутня в зразку ДНК. Саузерн-блот поєднує агарозний гелевий електрофорез, що використовується для розділення фрагментів ДНК за розміром, з методами перенесення розділеної за розміром ДНК на мембрану і гібридизації. Метод названий на честь його винахідника, британського біолога Едвіна Саузерна. Інші методи блоту (тобто вестерн-блот, нозерн-блот та саузвестерн-блот) використовують подібний принцип, але для визначення кількісного складу певної послідовності РНК або білків, і були названі пізніше за аналогією зі Саузерн-блотом (від англ.southern, nothern, western — «південний», «північний», «західний»). Оскільки лише термін Саузерн-блот має у складі власну назву, він пишеться з великої літери, але назви нозерн- чи вестерн-блотів — з маленької.
Застосовується в клінічних дослідженнях та лікувальних заходах. Використання молекулярної біології чи молекулярних підходів клітинної біології в медицині тепер називається молекулярна медицина. Молекулярна біологія також відіграє важливу роль у формуванні, дії, положенні різних частин клітин, що може бути ефективно використано для створення нових ліків, діагностики захворювань.
Molecular Biology of the Cell, 4th ed. / B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, and P. Walter. New York: Garland Science; 2002. ISBN 0-8153-3218-1
