进入20世纪以后，在物理学和化学的影响和渗透下，生物学的发展逐渐由观察生命活动的现象深入到认识生命活动的本质，从而形成了一门全新的学科——分子生物学。其核心内容是通过对生物体的主要物质基础，特别是蛋白质、酶和核酸等生物大分子的结构和运动规律的研究来探讨生命现象的本质。

自20世纪50年代以来，分子生物学发展很快，取得了一批重大成果：作为遗传物质基础的核酸双螺旋结构的发现蛋白质和核酸的人工合成蛋白质、酶、核酸化学结构和空间结构的测定，以及这些生物大分子的结构与功能的关系，等等。分子生物学的这些成就，尤其是蛋白质的全化学合成，使得人们更加看清了生命现象并不神秘，是人类可以认识并掌握的。不少学者认为，21世纪将是分子生物学的黄金时代。

分子生物学的兴起，开始揭示出丰富多采的生命世界在分子水平的基本结构和基础生命活动的高度一致性，这表明分子生物学确已开始揭示生命现象本质了。