Evolusi molekuler
Evolusi molekuler merupakan proses evolusi yang terjadi pada skala DNA, RNA, dan protein. Evolusi molekuler muncul sebagai bidang ilmu pengetahuan pada tahun 1960-an ketika peneliti dari bidang biologi molekuler, biologi evolusi, dan genetika populasi berusaha memahami stuktur dan fungsi asam nukleat dan protein yang baru ditemukan. Topik-topik kunci bidang ini adalah evolusi fungsi enzim, penggunaan divergensi asam nukleat sebagai "jam molekul" dalam kajian divergensi spesies, dan asal usul DNA sampah yang tidak mempunyai fungsi. Kemajuan dalam genom dan bioinformatika telah mengakibatkan peningkatan kajian pada topik-topik ini.
Biokimia
Penemuan penting lain di bidang biokimia adalah penemuan gen dan perannya dalam mentransfer informasi di dalam sel. Bagian biokimia ini terkadang juga disebut dengan biologi molekuler. Pada tahun 1950-an, James D. Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin, dan Maurice Wilkins menemukan bagaimana struktur DNA dan mencoba mencari hubungannya dengan transfer informasi genetik. Pada tahun 1958, George Beadle dan Edward Tatum berhasil memenangkan Hadiah Nobel akibat penelitian mereka mengenai jamur yang menunjukkan bahwa satu gen memproduksi satu enzim. Pada tahun 1988, Colin Pitchfork adalah orang pertama yang terbukti melakukan tindak kriminal melalui bukti DNA. Belum lama ini, Andrew Z. Fire dan Craig C. Mello memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 2006 atas penemuan fungsi dari RNA interferensi (RNAi).