分子生物学是生物学的一个分支，涉及到生物活动的分子基础。这一领域与生物学和化学的其他领域重叠，特别是遗传学和生物化学。分子生物学主要致力于开发对细胞中不同系统之间相互作用的研究技术，包括DNA，RNA，蛋白质和蛋白质生物合成之间的关系以及了解它们之间是如何被调控的。威廉-阿斯特伯里1961年在《自然》杂志上写道，分子生物学与其说是一种技术，不如说是一种从所谓的基础科学角度出发的方法，其主导思想是在经典生物学的大规模表现形式下寻找相应的分子的结构图。它特别关注生物分子的形式，[……]主要是三维的和结构性的–但这并不意味着它只是形态学的细化。它同时还必须探究其起源和功能。

分子生物学的研究者们不仅应用分子生物学特有的技术，而且越来越多地从遗传学、生物化学和生物物理学的技术和思路中获得启迪，综合利用。因此，这些学科间越来越多地相互融合，不再有明确的分界线。

生物化学主要研究化学物质在生物体关键的生命进程中的作用。生物化学很大程度上专注于生物分子的角色，功能，和结构。生物过程背后的化学性质研究和生物活性分子的合成是生物化学的例子。

遗传学主要研究生物体间遗传差异的影响。这些影响常常可以通过研究正常遗传组分（如基因）的缺失来推断，如研究缺少了一个或多个正常功能性遗传组分的突变体与正常表现型（又称为“野生型”）之间的关系。遗传相互作用（如异位显性）经常会使像基因敲除这类研究的结果难以解释。

分子生物学则主要研究遗传物质的复制、转录和翻译进程中的分子基础。分子生物学的中心法则认为“DNA转录mRNA，mRNA翻译蛋白质，蛋白质反过来协助前两项流程，并协助DNA自我复制”，随着研究的深入，发现RNA也可以逆转录成DNA。

在分子生物学中大量工作是定量的，而且最近的许多研究工作是在结合生物信息学和计算生物学的基础之上完成的。从本世纪（二十一世纪）开始，研究基因结构和功能的分子遗传学已经成为发展最快的领域之一。

越来越多的学科已经将目光集中到分子水平的研究中，一方面直接研究相关分子间相互作用，如细胞生物学和发育生物学；另一方面利用分子生物学技术来研究并推测群体和物种的历史贡献（非直接，遗传水平），如进化生物学领域中的群体遗传学和系统发生学。此外，生物物理学除了研究大尺度器官构造之外，一直都有从头研究生物分子的传统。