Molekulinė biochemija yra gyvų organizmų funkcijų tyrimas. Konkrečiai, jame dėmesys sutelkiamas į cheminius procesus, susijusius su organizmų struktūra ir veikla molekuliniu lygmeniu. Asmenys, studijuojantys molekulinę biochemiją, daug dėmesio skiria baltymų, lipidų, angliavandenių ir nukleorūgščių, esančių įvairiuose šių molekulių deriniuose, biocheminiams tyrimams.
Molekulės gali būti labai didelės ir sudėtingos ir susijungti į didelius vienetus, vadinamus polimerais. Šios makromolekulės naudoja pasikartojančius struktūrinius vienetus, kurie yra sujungti dalijantis elektronu. Šis procesas žinomas kaip kovalentinis cheminis ryšys. Tada polimerai suskaidomi į subvienetus, žinomus kaip monomerai. Labiausiai paplitęs iš šių monomerų yra gliukozė, kuri jungiasi ir sudaro celiuliozę ir krakmolą. Kitas įprastas polimeras yra baltymai, sudaryti iš aminorūgščių. Molekuliniai biochemikai stengiasi suprasti šių monomerų struktūrą ir didesnį jų polimerų susidarymą, taip pat kaip jie veikia ir sąveikauja organizme.
Vienas iš svarbiausių molekulinės biologijos aspektų yra suprasti molekulių chemines savybes. Ląstelių metabolizmas yra mokslinių tyrimų, naudojant molekulinę biochemiją, pavyzdys. Cheminės reakcijos vyksta visuose gyvuose organizmuose ir yra reikalingos gyvybei palaikyti. Įvairūs procesai ląstelėje yra atsakingi už dauginimąsi, struktūros palaikymą ir autonominį atsaką į dirgiklius. Molekuliniai biochemikai tiria dvi pagrindines metabolizmo kategorijas: katabolizmą ir anabolizmą. Katbolizmas yra procesas, kurio metu medžiaga suskaidoma ir energija surenkama ląstelių kvėpavime. Anabolizmas naudoja energiją, kad sukurtų įvairius ląstelės komponentus.
Be gyvųjų molekulių struktūrų, molekulinė biochemija taip pat tiria virusus. Virusai gali daugintis tik šeimininko ląstelės viduje, todėl jie tampa pseudo gyvybės forma. Šie subjektai gali paveikti įvairias molekulių dalis, paveikdami viską nuo baltymų sintezės iki ląstelių membranų transportavimo. Virusais gali būti užkrėsti visų tipų organizmai, tiek augaliniai, tiek gyvūniniai. Molekuliniai biochemikai nustatė daugiau nei 5,000 virusų tipų visame pasaulyje, beveik visose įsivaizduojamose ekosistemose. Molekulinės biochemijos šaka, tirianti šiuos organizmus, yra žinoma kaip virusologija.
Molekulinė biochemija prasidėjo 1800-ųjų pradžioje kartu su Friedrichu Wohleriu. Jis paskelbė dokumentą, įrodantį, kad organinis karbamido junginys gali būti susintetintas 1828 m. Po to 1833 m. Anselme Payen atrado fermentą amilazę, kuri skaido cukrų. Amilazė buvo pirmasis identifikuotas fermentas ir parodė, kad įvairios molekulėje esančios medžiagos buvo atsakingos už skirtingus veiksmus. Kitus dešimtmečius buvo tęsiami tyrimai, kurie iškėlė naujas sąvokas, tokias kaip DNR. Šiandien molekulinė biochemija yra vienas iš svarbiausių aspektų tolesniam gyvybės elementų supratimui.