遗传物质DNA的基本功能包括两方面：第一，通过复制在生物的传宗接代中传递遗传信息；第二，在后代的个体发育中能使遗传信息得以表达，从而使后代表现出与亲代相似的性状。
把遗传信息传给下一代是生命体维持种族延续的必要条件。即要把DNA分子稳定的传给后代。DNA分子就要复制。
DNA的复制是指以亲代DNA分子为模板来合成子代DNA的过程。能够自我复制是遗传物质的重要特征之一。染色体能够复制，基因能够复制，归根结底是DNA能够复制。
DNA的复制发生在细胞有丝分裂或减数分裂的第一次分裂前的间期。这时，一个DNA分子双链之间的氢键断裂，两条链彼此分开，亲代DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，氢键断裂，部分双螺旋链解旋为两条平行的双链。之后，以单股DNA为模板，在引物酶的作用下，合成由几十个核苷酸组成的RNA引物。在DNA聚合酶的作用下，以单股DNA为模板按照碱基配对原则，在RNA引物末端合成DNA。这时，在核酸酶的作用下切掉引物，在DNA聚合酶的作用下，将引物部位换上DNA，这时的DNA片段仅由1000～2000个核苷酸组成，最后，在联结酶的作用下，这些片段连接成一条完整的DNA链。新链和旧链构成DNA双链。复制完毕时，原来的一个DNA分子即成为两个DNA分子，因为，新合成的每个DNA分子都含有一条原来的链和一条新链，所以这种复制方式称为半保留复制。
DNA分子同一些蛋白质相结合，通过螺旋、扭曲、折叠等方式压缩8000～10000倍而形成染色体，并存在于细胞核中。生物体细胞核中DNA长度各不相同，它的长度并不能完全反映出遗传的复杂性，因为并不是所有的DNA序列都能按照三联体密码来编码蛋白质。这里就需要提到基因的概念了。基因是能按中心法则合成蛋白质的DNA片段，而其他的DNA片段则不能。每一个生物都有各自独特的DNA结构，相应的每一个基因也有各自独特的DNA结构。编码出特定结构的蛋白质执行特定的生理功能，这些具有生理功能的蛋白质就是我们所说的酶。酶的合成、一切生理生化反应过程，根本上都要受到基因的控制，这就是基因工程的理论基础。
DNA是通过控制蛋白质的合成来控制其性状的。蛋白质是组成生物体的重要成分，生物体的性状主要是通过蛋白质来体现的。具有一定结构的DNA可以控制合成相应结构的蛋白质。但是，由于DNA主要存在于细胞核里，而蛋白质的合成是在细胞质里进行的，所以遗传信息不能直接由DNA传递给蛋白质，而需要另一种核酸RNA来帮助完成。
RNA在化学结构上与DNA不同，它是一种核糖核酸。RNA的核苷酸有磷酸、戊糖和碱基组成。但RNA的碱基是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、包嘧啶（C）和尿嘧啶（U）组成的。RNA主要有三类，它们是信使RNA、核糖体RNA和转运RNA。
DNA控制合成蛋白质分“转录”和“翻译”两个重要步骤。转录是在细胞核内完成的，它是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。由于RNA没有碱基T，而有碱基U，所以在合成RNA的过程中，就以U代替T与A配对。
遗传信息的转录过程是在RNA聚合酶的催化作用下进行的。当RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位相结合时，DNA的这一特定片段的双股螺旋解开，以其中的一条链为模板，按碱基配对法则，使细胞里已经制成的四种核苷酸（它们分别含有A、G、C、U）聚合成与该片段相对应的信使RNA分子。这样，DNA中的遗传信息“转录”到了信使RNA上。
接着是由信使RNA将遗传信息翻译为蛋白质的过程。信使RNA形成以后，从细胞核中出来进入细胞质，与核糖体DNA复制的模型结合起来。核糖体是细胞内将氨基酸合成蛋白质的场所。那么，氨基酸是怎样被送到核糖体中信使RNA上去的呢？这时，转运RNA就要起作用了。转运RNA的一端有三个碱基，它们能与信使RNA的碱基配对；转运RNA的另一端是携带氨基酸的部位，每一种转运RNA只能转运一种特定的氨基酸。当转运RNA运载着氨基酸进入核糖体后，就会以信使RNA为模板，根据碱基配对原则，把所运载的氨基酸放在相应的位置上。接着，信使RNA离开核糖体再去转运相应的氨基酸。这样，就可以以信使RNA为模板，把氨基酸一个个连接起来，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。我们知道，蛋白质是由比较普遍存在的20种氨基酸按照一定的顺序连接起来的。不同的蛋白质，组成它的氨基酸顺序就不同。可是，RNA只有四种核苷酸，这四种核苷酸是如何决定20种氨基酸的排列问题呢？科学家们经过研究证实，每一个氨基酸都是由三个碱基决定的，同时，科学家们还弄清了究竟哪三个碱基决定哪种氨基酸。遗传学上把信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基叫做“密码子”。科学家们在1967年时破译了全部密码子。
21世纪初，世界生物学研究面临一个重大转折点：人类基因图谱计划的实施。人体每个基因都由数万个碱基对组成，按顺序排列组成脱氧核糖核酸（DNA）链。人类基因图谱计划的目标，就是要寻找出人体所有基因和碱基对在DNA链上的准确位置，弄清各个基因的功能，对它们进行编目，最终绘制出包含人体遗传密码的图谱。到目前为止，科学家还只破译了10万个人体基因中的大约30%。
许多国家投入大量资金，组织大批科学家进行攻关，希望率先夺取生命科学领域的这一“圣杯”。
人类基因组是指编码在染色体DNA双螺旋结构中的全部遗传信息，包含了人类大约10万个基因。至目前为止，科学家只破译了5000个。人类基因组计划的目标是破译人类DNA分子的全部核苷酸顺序，建立完整的遗传信息数据库。它将成为21世纪生命科学的资源库，并将促进生物学的不同领域的发展；也将为医学带来前所未有的发展，5000多种遗传性疾病以及恶性肿瘤、心血管疾病和其他严重危害人类的疾病都有可能得到预测、预防、早期诊断和治疗的方法。农业、工业和环境和科学也将从中受益。
早在1987年，美国国会就通过了实施人类基因组计划的预算，1990年计划正式实施，大规模基因测序是在1998年，迄今已破译出了大约30181个基因的遗传密码。有关测序工作分三步进行：第一步，沿着DNA链每隔一定的距离设置“路标”，把基因分为许多片段；第二步，“各个击破”，具体对各片段进行测序；第三步，进行精加工，对测序结果进行补充和修正。依靠技术的进步和大规模测序手段的出现，该计划到2003年已完成。
研究成果逐渐扩展到生物学领域以外，摩托罗拉公司提出利用基因拼接和基因组设计制造计算机的可能性，并成立研究小组进行研究。其思想是以脱氧核糖核酸（DNA）分子为基础，制造在某些计算方面远远胜过当今数字计算机的DNA计算机。大学里的科学家已经造出了原始的DNA计算机。一些科学家认为，生物世纪还将使电子业进入一个新时代。由于DNA的螺旋结构中存储的信息量非常大，因此把基因作为计算的基础对科学家有很大的吸引力。当然，用DNA进行一次数学计算也许要比硅芯片用的时间多得多。但是，硅芯片在同一时间只能做一件事，相比之下，DNA计算机在理论上则能同时做一万万亿件事。不过，DNA要赶上硅芯片还要经历一段漫长的道路。21世纪是生物世纪，生物技术将给人类带来前所未有的大发展。
生物化学这一名词的出现大约在19世纪末20世纪初，但它的起源可追溯得更远，其早期的历史是生理学和化学的早期历史的一部分。例如18世纪80年代，拉瓦锡证明呼吸与燃烧一样是氧化作用，几乎同时，科学家又发现光合作用本质上是动物呼吸的逆过程。又如1828年维勒首次在实验室中合成了一种有机物——尿素，打破了有机物只能靠生物产生的观点，给“生机论”以重大打击。
1860年，巴斯德证明微生物能引起发酵，但他认为必需有活的酵母才能引起发酵。1897年，毕希纳兄弟发现酵母的无细胞抽提液可进行发酵，证明没有活细胞也可进行如发酵这样复杂的生命活动，终于推翻了“生机论”。
生物化学的发展大体可分为三个阶段。
第一阶段：从19世纪末到20世纪30年代，主要是静态的描述性阶段，对生物体各种组成成分进行分离、纯化、结构测定、合成及理化性质的研究。其中菲舍尔测定了很多糖和氨基酸的结构，确定了糖的构型，并指出蛋白质是肚键连接的。1926年萨姆纳制得了脲酶结晶，并证明它是蛋白质。
此后四五年间诺思罗普等人连续结晶了几种水解蛋白质的酶，指出它们都无例外地是蛋白质，确立了酶是蛋白质这一概念。通过食物的分析和营养的研究发现了一系列维生素，并阐明了它们的结构。
与此同时，人们又认识到另一类数量少而作用重大的物质——激素。它和维生素不同，不依赖外界供给，而由动物自身产生并在自身中发挥作用。肾上腺素、胰岛素及肾上腺皮质所含的甾体激素都在这一阶段发现。此外，中国生物化学家吴宪在1931年提出了蛋白质变性的概念。
第二阶段：约在20世纪30～50年代，主要特点是研究生物体内物质的变化，即代谢途径，所以称动态生化阶段。其间突出成就是确定了糖酵解、三羧酸循环以及脂肪分解等重要的分解代谢途径。对呼吸、光合作用以及腺苷三磷酸（ATF）在能量转换中的关键位置有了较深入的认识。
当然，这种阶段的划分是相对的。对生物合成途径的认识要晚得多，在20世纪50～60年代才阐明了氨基酸、嘌呤、嗜啶及脂肪酸等的生物合成途径。
第三阶段：从20世纪50年代开始，主要特点是研究生物大分子的结构与功能。生物化学在这一阶段的发展，以及物理学、技术科学、微生物学、遗传学、细胞学等其他学科的渗透，产生了分子生物学，并成为生物化学的主体。
