Terminas „biomolekulė“ reiškia plačią molekulių kategoriją, apimančią visas medžiagas, kurias gamina organizmo biologiniai procesai. Šios molekulės apima tokius dalykus kaip nukleino rūgštys, baltymai ir sacharidai. Biomolekulės sudaro visų gyvų būtybių kūnus ir yra cheminių procesų, palaikančių jas gyvas, priežastys ir produktai.
Egzistuoja daugybė įvairių biomolekulių – nuo mažų kelių atomų molekulių iki didžiulių, sudėtingų struktūrų, vadinamų makromolekulėmis, kuriose gali būti tūkstančiai ar net milijonai atomų. Kai kurios biomolekulių rūšys pagal molekulinius standartus yra labai didelės. Tai įmanoma dėl vienos iš anglies, elemento, kuriuo grindžiama visa žinoma gyvybė, savybių. Anglies atomai gali susijungti į ilgas pasikartojančias grandines su kitais atomais ar atomų grupėmis, prijungtais prie grandinės, sudarydami ypač ilgas molekules, vadinamas polimerais. Šie polimerai gali būti sudaryti iš šimtų atskirų struktūrinių vienetų, sujungtų grandinėmis, taip pat gali būti suskaidyti į kelias šakas arba chemiškai sujungti su kitomis polimerų grandinėmis, kad susidarytų didžiulės struktūros.
Vienas iš labiausiai paplitusių ir svarbiausių biomolekulių tipų vadinamas baltymu, makromolekulių, būtinų visų gyvybės formų biologiniams procesams, grupė. Jie sudaryti iš mažesnių biomolekulių, vadinamų aminorūgštimis, grandinių. Įvairių tipų baltymai atlieka skirtingas funkcijas, pavyzdžiui, perneša cheminius pranešimus iš ląstelės į ląstelę, formuoja struktūras, kurios laiko ląsteles kartu, ir katalizuoja chemines reakcijas, kurios skatina organizmo metabolizmą per specializuotus baltymus, vadinamus fermentais.
Kita biomolekulių grupė vadinama lipidais – kategorijai priskiriamos tokios medžiagos kaip steroliai, natūralūs vaškai ir gliceridai, iš kurių geriausiai žinomi riebalai. Lipidai paprastai yra mažesni už baltymus, nors juose vis tiek gali būti dešimčių anglies atomų ilgio polimerinių grandinių. Lipidai yra svarbūs palaikant ląstelių struktūrą, nes iš jų sudaryta didelė kiekvienos ląstelės ląstelių membranos dalis, be to, jie yra energijos kaupimo forma.
Sacharidai, dar vadinami angliavandeniais, yra biomolekulių tipas, kuriame yra tik anglis, vandenilis ir deguonis. Dvi sacharidų grupės, vadinamos monosacharidais ir disacharidais, paprastai vadinamos cukrumi. Sacharidų molekulės yra dar viena svarbi energijai reikalingų medžiagų grupė, dalyvauja daugelyje medžiagų apykaitos procesų ir yra naudojamos kaip kai kurių organizmų struktūrinė atrama, ypač celiuliozės pavidalu augaluose.
Nukleotidai yra biomolekulių klasė, pagaminta iš sacharidų, sujungtų su fosfato grupe, ir vienos iš kelių galimų nukleobazių tipų, azoto pagrindu pagamintų biomolekulių. Gauti junginiai apima molekules, vadinamas kofaktoriais, kurie padeda baltymams katalizuoti medžiagų apykaitos chemines reakcijas ir svarbias ląstelių signalines molekules. Nukleotidai taip pat yra pagrindiniai ribonukleino rūgšties (RNR) ir dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) komponentai, todėl jie yra vienas iš svarbiausių gyvybės elementų. Gyvų būtybių genetinė informacija yra užkoduota įvairių tipų nukleobazių išsidėstymu ilgose nukleotidų grandinėse, kurios sudaro DNR ir reguliuoja jos veiklą, todėl nukleotidai yra paveldimumo pagrindas.
Ne visi organizmai gali patys pagaminti visų rūšių biomolekules, kurių jiems reikia. Organizmai, galintys susintetinti jiems reikalingas biomolekules iš negyvų aplinkoje esančių medžiagų, pavyzdžiui, augalai, dumbliai ir kai kurios bakterijų formos, vadinami autotrofais. Organizmai, kurie patys to negali padaryti, vadinami heterotrofais, yra priklausomi nuo molekulių, susintetintų jų pačių kūne, ir kitų biomolekulių, kurias praryja valgant kitus organizmus, kurių sudėtyje yra medžiagų, kurių heterotrofas pats negamina, derinio. Šiai kategorijai priklauso gyvūnai, grybai ir kai kurie vienaląsčiai organizmai.