生化成分
活細胞中的有機物除水和無機鹽外，主要由碳原子與氫、氧、氮、磷、硫結合而成，分為大分子和小分子。前者包括結合狀態的蛋白質、核酸、多糖和脂質；後者包括維生素、激素、各種代謝中間體以及生物大分子合成所需的氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和甘油。在不同的生物體內，存在著各種次生代謝產物，如萜類、生物堿、毒素、抗生素等。
雖然生物成分的鑒定是生物化學早期發展的壹個特點，但直到今天，新的物質仍在不斷被發現。如幹擾素、環磷酸核苷、鈣調素、粘蛋白、凝集素等，已成為重要的研究課題。1980中發現了壹些簡單分子，如作為代謝調節劑的2，6-二磷酸果糖。另壹方面，早已為人所知的化合物也會發現新的功能。肉堿發現於20世紀初，直到20世紀50年代才被稱為生長因子，但在60年代被稱為生物氧化的載體。多年來被認為是分解產物的腐胺和屍胺，以及精胺和亞精胺等多胺被發現具有多種生理功能，如參與調節核酸和蛋白質合成、穩定DNA超螺旋、調節細胞分化等。
代謝調節控制
新陳代謝包括合成代謝和分解代謝。前者是生物體從環境中獲取物質，並在體內轉化為新物質的過程，也叫同化作用；後者是生物體內原有的物質轉化為環境中的物質，也叫異化。同化和異化的過程由壹系列中間步驟組成。中間代謝是對化學途徑的研究。比如糖原、脂肪、蛋白質的異化就是通過不同的途徑分解成葡萄糖、脂肪酸、氨基酸，然後氧化成乙酰輔酶a，進入三羧酸循環，最後產生二氧化碳。
在物質代謝的過程中，也有能量的變化。生物體內機械能、化學能、熱能、光、電的相互轉化和變化稱為能量代謝，ATP在這壹過程中起著核心作用。
新陳代謝是在生物體的調控下有序進行的。這種調節有三種方式:①通過代謝產物的誘導或阻遏來控制酶的合成。這是壹種與轉錄水平的調節有關的酶，如乳糖誘導的乳糖操縱子合成；②通過激素與靶細胞的相互作用，觸發壹系列生化過程，如環腺苷酸活化蛋白激酶通過磷酸化反應調節糖代謝；③效應物通過變構效應直接影響酶的活性，如代謝途徑中終產物對第壹個酶的反饋抑制作用。生物體內的大部分調節過程都是通過變構效應實現的。
結構和功能
生物大分子的多樣功能與其特定的結構密切相關。蛋白質的主要功能是催化、運輸和儲存、機械支持、運動、免疫保護、接收和傳遞信息、調節代謝和基因表達。由於結構分析技術的進步，人們可以在分子水平上深入研究它們的各種功能。對酶的催化原理的研究是這方面的壹個突出的例子。蛋白質分子的結構可以分為四個層次，其中在二級和三級結構之間可以有壹個超二級結構，在三級和三級結構之間可以有壹個結構域。結構域是具有特殊功能的相對緊密的區域，連接結構域的肽鏈具有壹定的運動空間，允許結構域之間的壹些相對運動。蛋白質的側鏈壹直在快速移動。蛋白質分子的內部流動性是它們執行各種功能的重要基礎。
20世紀80年代初出現的蛋白質計劃(protein Project)，通過改變蛋白質的結構基因，獲得指定位點的修飾蛋白質分子。這項技術不僅為研究蛋白質結構與功能的關系提供了新的途徑；而且為根據某些需要合成新的具有特定功能的蛋白質開辟了廣闊的前景。
對核酸結構和功能的研究有助於闡明基因的本質，了解生物遺傳信息的流動。堿基配對是核酸之間相互作用的主要形式，是核酸作為信息分子的結構基礎。脫氧核糖核酸的雙螺旋結構有不同的構象。J.D .沃森和F.H.C .克裏克發現了B結構的右手螺旋，後來又發現了被稱為Z結構的左手螺旋。DNA也有超螺旋結構。這些不同的構象有它們的功能意義。核糖核酸包括信使核糖核酸(mRNA)、轉移核糖核酸(tRNA)和核糖體核糖核酸(rRNA)，在蛋白質生物合成中起重要作用。最近發現單個RNA具有酶的功能。
基因表達的調控是分子遺傳學研究的中心問題，也是核酸結構和功能研究的重要內容。關於原核生物基因調控的知識很多。真核基因的調控正在從多個方面進行探討。如異染色質化和染色質活化；DNA的構象變化和化學修飾；調節序列如增強子和調節劑在DNA上的作用；RNA加工和翻譯的調節。
葡萄糖結構式
生物體內的碳水化合物包括多糖、低聚糖和單糖。在多糖中，纖維素和幾丁質是植物和動物的結構物質，澱粉和糖原是儲存的營養物質。單糖是生物體的主要能量來源。寡糖在結構和功能上的重要性直到20世紀70年代才被認識。寡糖和蛋白質或脂質可以形成糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。由於糖鏈結構的復雜性，它們具有很大的信息容量，對某些物質的細胞特異性識別和相互作用起著重要作用，從而影響細胞代謝。從發展趨勢來看，糖將與蛋白質、核酸、酶壹起成為生物化學的四大研究對象。
生物大分子的化學結構壹旦確定，就可以在實驗室人工合成。生物大分子及其類似物的人工合成有助於了解其結構與功能的關系。壹些類似物可能因其較高的生物活性而具有應用價值。通過化學合成DNA獲得的人工基因可以應用於基因工程，獲得具有重要功能的蛋白質及其類似物。
酶學研究
生物體內幾乎所有的化學反應都是由酶催化的。酶的作用具有催化效率高、專壹性強的特點。這些特征
生物化學實驗室
取決於酶的結構。酶的結構與功能的關系、反應動力學與機理、酶活性的調控是酶學研究的基本內容。通過X射線晶體學分析、化學修飾和動力學研究，已經明確了壹些代表性酶的作用原理。20世紀70年代發展起來的特異性不可逆抑制劑，如親和標記試劑和自殺底物，已經成為探索酶活性位點的有效工具。多酶體系中各種酶的協同作用，酶與蛋白質、核酸等生物大分子的相互作用，以及應用蛋白質工程研究酶的結構和功能是酶學研究的幾個新方向。酶與人類的生活和生產活動密切相關，因此酶在工農業生產、國防和醫學上的應用受到了廣泛的重視。
生物膜和生物力
生物膜主要由脂質和蛋白質組成，壹般含有糖類。其基本結構可以用流體鑲嵌模型表示，即脂質分子形成壹個雙層膜，膜蛋白不同程度地與脂質相互作用，並能橫向移動。生物膜與能量轉換、物質和信息傳遞、細胞分化和分裂、神經傳導、免疫反應等密切相關。它是生物化學中壹個活躍的研究領域。
以能量轉換為例，在生物氧化中，代謝產物通過呼吸鏈中的電子轉移被氧化，產生的能量通過氧化磷酸化儲存在高能化合物ATP中，以滿足肌肉收縮等耗能反應的需要。線粒體內膜是呼吸鏈氧化磷酸化酶系統的所在地，在細胞中起發電站作用。在光合作用中，ATP是由葉綠體膜中的光合磷酸化產生的。這些研究構成了生物力學的主要內容。
激素和維生素
激素是新陳代謝的重要調節器。激素系統和神經系統構成了生物體的兩個主要通訊系統，兩者關系密切。自20世紀70年代以來，激素的研究範圍日益擴大。如果發現胃腸道和神經系統的細胞也能分泌激素；壹些生長因子和神經遞質也包含在激素中。許多激素的化學結構已經確定，它們主要是肽類和類固醇化合物。有些激素的作用機制也是了解的，有些是改變膜的通透性，有些是激活細胞的酶系統，有些是影響基因的表達。維生素對新陳代謝也有重要影響，可分為水溶性和脂溶性兩類。大部分是酶的輔助基團或輔酶，與生物體的健康密切相關。
生命的起源和進化
生物進化論認為，地球上數百萬個物種起源相同，是在約40億年的進化過程中逐漸形成的。生物化學的發展在分子水平上為這壹理論提供了有力的證據。例如，所有物種的DNA都含有同壹種核苷酸。許多酶和其他蛋白質存在於各種微生物、植物和動物中，具有相似的氨基酸序列和相似的三維結構，相似程度與物種間的親緣關系壹致。DNA復制中的錯誤可以解釋作為進化基礎的變異是如何發生的。當生物從低級進化到高級時，它們需要更多的酶和其他蛋白質。基因的重排和突變為適應這種需要提供了可能。可見，生物化學對進化的研究將為闡明進化的機制提供更本質、更定量的信息。
然而，人們對生化系統本身是如何起源的仍然知之甚少，在生物化學的教科書中也沒有提及。事實上，生化系統的形成意味著生命的誕生。最近有學者提出，原始生命始於光合系統的進化，能量(光能，地球上最常見、最永久的能源)的轉化和利用是生化系統運行的核心，而ATP則是光合作用、代謝途徑和遺傳信息的橋梁，也是遺傳密碼起源的關鍵(ATP中心假說)。
ATP在光合作用、新陳代謝和遺傳之間架起了壹座橋梁。
方法學
在生物化學的發展中，許多重要的進步都是由於方法上的突破。比如同位素示蹤技術用於代謝研究和結構分析；色譜法，尤其是高效液相色譜法，自20世紀70年代以來極大地改善了系統的性能，並且各種電泳技術已經用於蛋白質和核酸的分離和純化以及壹級結構的確定。x射線衍射技術用於確定蛋白質和核酸的晶體結構；高分辨率二維核磁共振技術用於分析生物大分子在溶液中的構象；酶方法用於DNA序列測定；單克隆抗體和雜交瘤技術被用於蛋白質的分離和純化以及蛋白質分子中抗原決定簇的研究。20世紀70年代以來，計算機技術廣泛而迅速地滲透到生物化學的各個領域，不僅大大提高了許多分析儀器的自動化程度和效率，而且為生物大分子的結構分析、結構預測和構效關系研究提供了壹種全新的手段。未來生物化學的繼續發展，無疑將得益於技術和方法的創新。