Molekulārā bioloģija ir bioloģijas nozare, kas pēta dzīvības izpausmes un īpašības molekulārā līmenī, īpašu uzmanību pievēršot olbaltumvielu un nukleīnskābju (DNS un RNS) savstarpējai mijiedarbībai. Molekulārajā bioloģijā pēta arī dažādu biomolekulu trīsdimensionālo uzbūvi. Molekulārā bioloģija ir cieši saistīta un pētāmās problēmas pat pārklājas ar bioķīmiju un ģenētiku, kā arī ar biofiziku. Molekulārā bioloģija kā zinātne parādījās 20. gadsimtā, kad attīstījās ģenētika, tika atklātas hromosomas un dezoksiribonukleīnskābe (DNS). Pēc DNS dubultās spirāles struktūras noteikšanas 1953. gadā molekulārā bioloģija ir kļuvusi par neatņemamu bioloģijas sastāvdaļu. Ar molekulārās bioloģijas palīdzību tiek veidoti arī dažādi ģenētiski modificēti organismu genomi.