生物大分子的多種多樣功能與它們特定的結構有密切關系。蛋白質的主要功能有催化、運輸和貯存、機械支持、運動、免疫防護、接受和傳遞信息、調節代謝和基因表達等。由于結構分析技術的進展，使人們能在分子水平上深入研究它們的各種功能。酶的催化原理的研究是這方面突出的例子。蛋白質分子的結構分4個層次，其中二級和三級結構間還可有超二級結構，三、四級結構之間可有結構域。結構域是個較緊密的具有特殊功能的區域，連結各結構域之間的肽鏈有一定的活動余地，允許各結構域之間有某種程度的相對運動。蛋白質的側鏈更是*不在快速運動之中。蛋白質分子內部的運動性是它們執行各種功能的重要基礎。

　　80年代初出現的蛋白質工程，通過改變蛋白質的結構基因，獲得在部位經過改造的蛋白質分子。這一技術不僅為研究蛋白質的結構與功能的關系提供了新的途徑；而且也開辟了按一定要求合成具有特定功能的、新的蛋白質的廣闊前景。　

　　核酸的結構與功能的研究為闡明基因的本質，了解生物體遺傳信息的流動作出了貢獻。堿基配對是核酸分子相互作用的主要形式，這是核酸作為信息分子的結構基礎。脫氧核糖核酸的雙螺旋結構有不同的構象，J.D.沃森和F.H.C.克里克發現的是B-結構的右手螺旋，后來又發現了稱為 Z-結構的左手螺旋。DNA還有超螺旋結構。這些不同的構象均有其功能上的意義。核糖核酸包括信使核糖核酸(mRNA)、轉移核糖核酸(tRNA)和核蛋白體核糖核酸(rRNA)，它們在蛋白質生物合成中起著重要作用。新近發現個別的RNA有酶的功能。

　　基因表達的調節控制是分子遺傳學研究的一個中心問題，也是核酸的結構與功能研究的一個重要內容。對于原核生物的基因調控已有不少的了解；真核生物基因的調控正從多方面探討。如異染色質化與染色質活化；DNA的構象變化與化學修飾；DNA上調節序列如加強子和調制子的作用；RNA加工以及轉譯過程中的調控等。

    生物體的糖類物質包括多糖、寡糖和單糖。在多糖中，纖維素和甲殼素是植物和動物的結構物質，淀粉和糖元等是貯存的營養物質。單糖是生物體能量的主要來源。寡糖在結構和功能上的重要性在20世紀70年代才開始為人們所認識。 寡糖和蛋白質或脂質可以形成糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。由于糖鏈結構的復雜性，使它們具有很大的信息容量，對于細胞專一地識別某些物質并進行相互作用而影響細胞的代謝具有重要作用。從發展趨勢看，糖類將與蛋白質、核酸、酶并列而成為生物化學的4大研究對象。

　　生物大分子的化學結構一經測定，就可在實驗室中進行人工合成。生物大分子及其類似物的人工合成有助于了解它們的結構與功能的關系。有些類似物由于具有更高的生物活性而可能具有應用價值。通過 DNA化學合成而得到的人工基因可應用于基因工程而得到具有重要功能的蛋白質及其類似物。