Bioķīmija ir zinātne par ķīmiskajiem procesiem un reakcijām, kas notiek dzīvos organismos. To var uzskatīt par ķīmijas un bioloģijas apakšnodaļu, lai gan tajā izmantotās prasmes un paņēmieni lielu uzsvaru liek uz tradicionālo ķīmiju.
Ļoti ilgu laiku tika uzskatīts, ka dzīvā un nedzīvā viela būtiski atšķiras. Lielākā daļa zinātnieku uzskatīja, ka tikai dzīvas būtnes var radīt īpašas bioloģiskas molekulas no citām bioloģiskām molekulām, kas iegūtas ar pārtiku. Tika uzskatīts, ka šīs molekulas ir piesātinātas ar “dzīvības spēku”, kas padarīja iespējamu dzīvību. 1828. gadā vācu ķīmiķis Freidrihs Vēlers pielika tam punktu, nejauši sintezējot organisko ķīmisko urīnvielu — galveno urīna sastāvdaļu — no neorganiskiem prekursoriem. Radās bioķīmijas nozare.
Kopš 1828. gada pētījumi šajā jomā ir devuši zinātniekiem zināšanas par to, kā augi iegūst enerģiju no saules (fotosintēze); kā dzīvnieki pārvērš glikozi ķermeņa enerģijas valūtā ATP (glikolīze); kāpēc muskuļi sadedzina, kad cilvēks enerģiski vingro (pienskābes ražošana); kā šūnā tiek sintezēti proteīni (olbaltumvielu ekspresija); un daudz vairāk. Tā kā dzīvās būtnes no daudzu cilvēku viedokļa mēdz būt visnoderīgākās un svarīgākās matērijas izkārtojumi uz Zemes, zināšanas par to iekšējo darbību ir noderīgas daudzās jomās, tostarp medicīnā, lauksaimniecībā un molekulārajā bioloģijā.
Dažas bioķīmiķu pētītās molekulas ietver ogļhidrātus, olbaltumvielas, lipīdus un nukleīnskābes. Lielākā daļa no tiem ir organiskie polimēri, kas nozīmē, ka tie galvenokārt sastāv no vienkāršiem molekulāriem modeļiem (monomēriem), kas ķēdē atkārtojas vairākas reizes, dažreiz tūkstošiem reižu. Galvenie elementi, kas atrodami organiskajos savienojumos, ir ogleklis, skābeklis, ūdeņradis, slāpeklis, kalcijs un fosfors, kā arī neliels daudzums hlora, sēra, kālija, nātrija, magnija, dzelzs un daži citi.
Daudzas ķermeņa molekulas, tostarp ogļhidrāti un olbaltumvielas, pilda strukturālas lomas. Olbaltumvielas tiek ražotas tieši, pamatojoties uz ģenētiskām instrukcijām, un tās ir vienas no sarežģītākajām organiskajām molekulām. Nukleīnskābes ir ģenētisko instrukciju (DNS un RNS) pamatelementi, kas atrodami visos dzīvības veidos, sākot no cilvēkiem līdz vīrusiem. Atšķirīgo nukleīnskābju modeli, kas atrodams sugas šūnu kodolos, sauc par tās genomu. Pēc tam ir lipīdi, kas ir visaptverošs termins daudzām ūdenī nešķīstošām biomolekulām. Tauki organismā sastāv no lipīdiem.
Bioķīmiju katru dienu pēta desmitiem tūkstošu profesionāļu. Viņi cenšas labāk izprast, kā dzīve darbojas un kā cilvēki to var gan aizsargāt, gan izmantot, lai padarītu dzīvi labāku.