Moleküler biyoteknoloji, laboratuardaki bilim adamları tarafından genetik materyalleri değiştirme ve organik hücreler arasında transfer etme becerisidir. Örneğin, genetik mühendisliği için rekombinant proteinlerin kullanılmasını ve günlük yaşam üzerinde derin bir etkisi olan ürünler yaratılmasını içerir. Proteinlerin ve nükleik asitlerin manipülasyonu, tek hücreli organizmalar, çok hücreli türler ve bitkiler ile gerçekleştirilebilir. Biyoteknoloji moleküler çalışmaları, tarım, üretim ve çevreye ek olarak sağlık üzerinde de etkilidir. Biyolojik süreçleri inceleyerek, sayısız hastalık için ilaç oluşturmak, gıdalardaki patojenleri tespit etmek ve tarımsal çiftçilerin verimini en üst seviyeye çıkarmak için hastalığa dirençli ürünler yapmak mümkündür.
İnsan genomunun eksiksiz bir haritası, hastalıklar ve vücut fonksiyonlarındaki her bir genin rollerini bilmek, daha etkili ilaçlar ve aşılar yaratmaya yardımcı olduğu için moleküler biyoteknolojiyi geliştirmiştir. Biyoloji alanındaki laboratuvar araştırmaları ve gelişmeler kullanılarak bu bilgilerle hastalıklara karşı antikorlar geliştirilmiştir. Moleküler bitki biyoteknolojisinde, bitkilerin hastalıklarına veya herbisitler gibi maddelere direnç göstermek üzere bitkilerin genetiğini değiştirmek de mümkündür. Hayvancılık gibi tarımsal varlıklar da genetik mühendisliğin piyasada satılan hayvanlar için daha fazla arzu edilen özelliklere yol açabileceğinden fayda sağlayabilir.
Moleküler biyoteknoloji alanında, tek hücreli mikroorganizmalar sonunda insan tıbbında kullanım için spesifik enzimler, kimyasallar ve hatta antibiyotikler oluşturmak üzere değiştirilebilir. Gelecekteki 2011 geçmiş potansiyelinin yanı sıra, moleküler düzeyde biyoteknoloji tıpta teşhis koymak için yararlıdır. Doktorlar, küçük hacimli molekülleri tespit ederek ince hastalık, enfeksiyon ve kardiyovasküler durumlar için kan örneklerini analiz edebilir. Biyokimyasallar ayrıca ticari uygulamalarda kullanılmak üzere modifiye edilebilir, böylece etiketler oluşturmak ya da laboratuvar numunelerini analiz etmek için uyarlanmış ekipman geliştirmek için biyolüminesan bileşikler kullanılabilir.
Deniz moleküler biyoteknolojisi, alanın bir diğer önemli parçasıdır, çünkü okyanuslarda, göllerde ve nehirlerde birçok faydalı mikroorganizma bulunur. Okyanuslar, çalışılacak organizmaların odak noktasıdır, genetik hakkında bilgi edinir ve potansiyel olarak yeni ilaçlar bulabilir. Moleküler biyoteknolojinin birçok yönü gibi, deniz bilimi araştırılmaya devam etmektedir. Alanın birçok alanı, denizcilik bilimi konusunda uzmanlaşmış olanlar da dahil olmak üzere Amerika Birleşik Devletleri'ndeki birçok yüksek öğretim kurumunda çalışmaya açıktır. Araştırmalar öğrenci düzeyinde bile başlar, bu nedenle biyoteknolojideki gelişmeler ekonominin yanı sıra ekonominin bu genişleyen sektöründeki iş piyasası için de faydalıdır.
