Molekulārā bioķīmija ir dzīvo organismu funkciju izpēte. Konkrēti, tas koncentrējas uz ķīmiskajiem procesiem, kas iesaistīti organismu struktūrā un aktivitātē molekulārā līmenī. Personas, kas studē molekulāro bioķīmiju, koncentrējas uz proteīnu, lipīdu, ogļhidrātu un nukleīnskābju bioķīmisko izpēti, kas atrodamas dažādās šo molekulu kombinācijās.
Molekulas var būt ļoti lielas un sarežģītas, un tās var apvienoties lielās vienībās, kas pazīstamas kā polimēri. Šīs makromolekulas izmanto atkārtotas struktūrvienības, kuras savieno elektronu koplietošana. Šis process ir pazīstams kā kovalentā ķīmiskā saite. Pēc tam polimēri tiek sadalīti apakšvienībās, kas pazīstamas kā monomēri. Visizplatītākais no šiem monomēriem ir glikoze, kas savienojas kopā, veidojot celulozi un cieti. Vēl viens izplatīts polimērs ir proteīns, kas sastāv no aminoskābēm. Molekulārie bioķīmiķi strādā, lai izprastu šo monomēru struktūru un to lielāku polimēru veidošanos, kā arī to, kā tie darbojas un mijiedarbojas organismā.
Viens no svarīgākajiem molekulārās bioloģijas aspektiem ir izprast molekulu ķīmiskās īpašības. Šūnu metabolisms ir piemērs pētījumiem, izmantojot molekulāro bioķīmiju. Ķīmiskās reakcijas notiek visos dzīvajos organismos un ir nepieciešamas dzīvības uzturēšanai. Dažādi procesi šūnā ir atbildīgi par vairošanos, struktūras uzturēšanu un veģetatīvo reakciju uz stimuliem. Molekulārie bioķīmiķi pēta divas galvenās vielmaiņas kategorijas: katabolismu un anabolismu. Katbolisms ir process, kurā viela tiek sadalīta un enerģija tiek savākta šūnu elpošanā. Anabolisms izmanto enerģiju, lai šūnā izveidotu dažādus komponentus.
Papildus dzīvajām molekulu struktūrām molekulārā bioķīmija pēta arī vīrusus. Vīrusi var vairoties tikai saimnieka šūnā, padarot tos par pseidodzīvības formu. Šīs vienības var ietekmēt dažādas molekulu daļas, ietekmējot visu, sākot no olbaltumvielu sintēzes līdz šūnu membrānas transportēšanai. Visu veidu organismi, augu vai dzīvnieku, var būt inficēti ar vīrusiem. Molekulārie bioķīmiķi visā pasaulē ir identificējuši vairāk nekā 5,000 vīrusu veidu gandrīz katrā iedomājamā ekosistēmā. Molekulārās bioķīmijas nozare, kas pēta šos organismus, ir pazīstama kā virusoloģija.
Molekulārā bioķīmija aizsākās 1800. gadu sākumā ar Frīdrihu Vuleru. Viņš publicēja rakstu, kurā pierādīts, ka urīnvielas organisko savienojumu var sintezēt 1828. gadā. Tam sekoja enzīma amilāze, kas šķeļ cukurus, atklāšana 1833. gadā, ko veica Anselme Payen. Amilāze bija pirmais enzīms, kas tika identificēts, un tas parādīja, ka dažādas vielas molekulā ir atbildīgas par dažādām darbībām. Nākamajās desmitgadēs turpinājās pētījumi, kas izvirzīja priekšplānā jaunus jēdzienus, piemēram, DNS. Mūsdienās molekulārā bioķīmija ir viens no svarīgākajiem aspektiem turpmākajā dzīves pamatelementu izpratnē.