Biologi sel molekuler merupakan salah satu cabang ilmu biologi yang merupakan bidang yang relatif baru dibandingkan dengan bidang studi lainnya. Ilmuwan yang mempelajari bidang ini mempelajari struktur dan sifat molekul yang ditemukan di dalam sel. Bidang ini sering terkait erat dengan biokimia, di mana reaksi kimia molekul biologis dilihat. Perbedaan antara biokimia dan biologi molekuler adalah bahwa ahli biokimia mempelajari molekul secara terpisah dari organisme lainnya, sedangkan ahli biologi molekuler melihat interaksi molekul.
Biologi sel molekuler dimulai pada tahun 1930-an, ketika Warren Weaver menciptakan istilah biologi molekuler. Berdasarkan kemajuan di bidang-bidang seperti kristalografi sinar-X, Weaver merasa bahwa biologi secara keseluruhan akan mengalami beberapa perubahan besar. Faktanya, biologi pada dasarnya dapat dibagi menjadi dua kelompok – biologi organisme dan biologi molekuler atau seluler. Pemisahan ini didasarkan pada apakah organisme dipelajari secara keseluruhan atau jika sel-sel tunggal dilihat.
Perhatian utama ahli biologi molekuler adalah memahami bagaimana berbagai sistem sel berinteraksi satu sama lain. Dengan kata lain, biologi sel molekuler adalah studi tentang bagaimana sel bekerja berdasarkan molekul yang ditemukan di dalamnya. Interaksi molekul-molekul yang terdapat di dalam sel mendasari jenis sel apa yang akan dibentuk dan apa perannya. Secara khusus, proses yang terlibat dengan materi genetik sel, termasuk replikasi, transkripsi dan translasi, dicari untuk dipahami untuk memberikan gambaran yang lebih jelas tentang regulasi mereka di dalam sel.
Molekul kunci yang dipelajari oleh ahli biologi sel molekuler termasuk DNA, asam deoksiribonukleat, RNA, asam ribonukleat, dan protein. DNA menarik karena merupakan molekul yang membawa informasi genetik sel, dan dengan demikian organisme. RNA, yang terkait erat dengan DNA, membawa informasi genetik dari nukleus ke seluruh sel. Akhirnya, protein dibuat berdasarkan informasi genetik yang ditemukan dalam DNA. Protein ini menentukan jenis dan fungsi sel berdasarkan enzim yang dibuat.
Teknik khusus digunakan dalam bidang biologi sel molekuler. Teknik-teknik ini memungkinkan ahli biologi sel molekuler untuk mengisolasi, mengkarakterisasi, dan memanipulasi berbagai molekul yang ditemukan dengan sel. Contoh teknik yang digunakan oleh ahli biologi sel molekuler termasuk kloning ekspresi, elektroforesis gel, Western Blot dan Southern Blot. Masing-masing teknik ini memiliki peran khusus yang memungkinkan para ilmuwan mempelajari molekul penting yang membentuk dasar kehidupan.