生物技术又称生物工程，它是以工程学的观点和方法研究生物结构、功能及其相互关系，以创造新的生物过程或新的生物品种为目的的一门综合性技术。
酶是由生物体产生的具有催化剂活性的蛋白质。它们可特定地促成某个化学反应而它们本身却不参与反应，且具有反应效率高，反应条件温和，反应产物污染小，能耗低，反应容易控制的特点。所谓“酶工程”，就是利用人工的方法对酶进行分离，提纯，固化以及加工改造，使其能够充分发挥快速、高效、特异的催化功能，促进某些生化反应的进行，生产生物产品的技术。酶工程的名称出自20世纪20年代初，早期的酶技术主要是从动物、植物、微生物中分离提取，纯化，制造各种游离的酶制剂，并将它们应用到化工、食品和医药等方面。在20世纪50年代，游离酶制剂的生产开始有了迅速发展。但由于酶是生物体内根据自身需要而产生的，因而在生物体内每一种酶的含量通常是在0.0001？0.01之间，这给酶的分离提取工作带来很大困难，同时，由于游离的酶制剂在使用后又不能回收，使酶应用的成本较高。自20世纪六七十年代以来，酶的固定化技术兴起后，传统酶技术中的很多问题得到解决，从而使酶工程发展成为一门全新的当代高技术。
发酵工程又称微生物工程。发酵是一门古老的技术，从考古学获得的资料来看，古代人类在完全不懂得什么是发酵的情况下就已学会用发酵技术来制造一些有用的食品，如古巴比伦人在公元前3世纪就会用大麦芽酿造啤酒。1884年，法国化学家巴斯德开始研究发酵，他通过一系列的试验证明，发酵正是微生物活动的结果，不同种类的微生物可引起不同的发酵过程。比如，将葡萄汁酿造成葡萄酒是发酵，它是酵母菌的功劳。酒在空气中变酸也是发酵，它是由醋酸杆菌或乳酸杆菌落入发酵桶而造成的。巴斯德的贡献给发酵技术带来了巨大的影响。从此，随着人们对微生物和发酵认识的深入与重组DNA、细胞融合等现代生物技术以及工程学的引入，发酵技术这门古老的技术获得了新的生命，并由此产生了当代发酵技术——发酵工程。发酵工程的开端在20世纪40年代初期，由于当时战争对青霉素等抗生素的大量需求，促进了大规模生产抗生素工艺的建立，为发酵工程的发展奠定了基础。20世纪60年代氨基酸、单细胞蛋白和核苷酸等工业的建立，标志着人类已能控制微生物发酵生产。20世纪70年代以来，随着生命科学、生物技术的发展，人们对微生物的体内结构有了深层次的了解，掌握了微生物与高等生物通用的遗传密码，而且有了遗传工程和电子计算机等技术手段，从而使发酵技术发生根本性的变化，进入现代发酵工程的新阶段。
细胞是一切生命体的基本结构和功能单位。细胞工程就是以细胞理论为基础，以细胞为基本单位，在细胞水平上进行遗传操作，使细胞的某些遗传特征按照人们的意愿发生改变，为人类提供优良品种和产品的生物技术。20世纪50年代，日本科学家把仙台病毒混在两种不同的动物细胞中，结果细胞之间发生凝聚，异种细胞产生了融合，在这些细胞中存在着两个以上的细胞核。到20世纪60年代，科学家从这种细胞的融合现象出发，发展出了细胞融合这样一门重要的遗传工程技术。在植物细胞融合技术的应用方面，目前已产生了一些先前用传统的杂交技术无法获得的新的杂种植物。“西红柿马铃薯”就是番茄和马铃薯之间体细胞融合的结果，它是20世纪80年代初由原联邦德国科学家完成的。这种新型的“西红柿马铃薯”，植株的地下部分结马铃薯，而地上部分生西红柿。在动物细胞融合技术的应用方面，最值得一提的是单克隆抗体的制备及其应用。20世纪70年代，英国科学家在细胞融合技术基础上，发明了单克隆抗体技术。单克隆抗体技术带来了免疫学上的一项重大技术革命，为许多疾病的诊断和治疗开辟了广阔的前景。
细胞器移植技术又称组分移植技术，它是将体细胞的组分（细胞核或细胞质、染色体以至基因物质）直接移植到另一个细胞（体细胞或卵细胞）中去，形成杂交细胞。这项技术开始于20世纪六七十年代，当时，我国动物学家童第周曾用极细的玻璃管，从鲤鱼的卵细胞中取出细胞核，并将其移进已除去细胞核的鲫鱼卵细胞中，在精心照料下，这种特殊的换核细胞最终发育成了能在水中游动的长着鲫鱼的嘴、鲤鱼的须的鲫鲤鱼。随着科学技术手段的发展，目前科学家已采用显微注射技术成功地将DNA、RNA及蛋白质直接注入细胞体内以培养新的细胞。细胞拆合对改良品种具有重要的意义。胚胎移植也是当今流行的改良家畜品种及解决人类不育等问题的细胞工程。早在1890年，英国科学家曾将安哥拉兔的早期胚胎移植到已接受配种的野兔输卵管中，结果生育的6只小兔中有2只具有长细毛、白化的安哥拉兔的特征。1978年，第一个试管婴儿在英国诞生，标志着胚胎移植技术已发展到了一个新的历史水平。
细胞和组织培养技术就是取出生物体的一部分组织或细胞，使其在试管、培养皿等环境中生长、繁殖的技术，它是体细胞工程的重要组成部分，也是其他生物技术不可缺少的研究手段。植物组织培养技术最早应用于花卉的繁殖上。1960年，法国科学家利用兰花茎尖繁殖技术繁殖兰花成功。之后，世界各地相继实现将植物组织培养成植株。植物组织培养技术也被应用到植物的无病毒繁殖上。1934年，怀特从感染烟草病毒的烟草获得离体根进行培养，发现迅速生长的根尖部病毒浓度最低，越往后的成熟区病毒浓度越高。后来其他的人也发现茎部有类似现象，由此可知病毒在植物中的分布是不均匀的。于是人们开始思考，能否从感染病毒的植物中提取无病毒的组织进行组织培养，从而获取完全无病毒的植株。一些科学家对此进行了深入的研究，最后，马铃薯的茎尖培养和其他一些作物的无病毒植株获得了成功。
1997年2月，英国科学家伊斯维姆·穆特成功地“克隆”出“多莉”羊，标志着克隆技术发展到了一个新的水平。克隆是英语“clone”的音译，意为生物体通过体细胞进行的无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。
基因工程又叫DNA重组技术，其主要操作是将不同来源的生物基因（DNA）按照人的意愿，在生物体外或体内进行切割、拼接和重组，然后把经过重组的DNA分子转入所操作生物体内进行复制和表达，从而产生出人们所期望的基因产品，或创造出人们所需要的新的生物。基因工程的实质是在生物体之间转移遗传信息。
基因工程的发展主要源于两方面的基础理论研究：一是限制性内切酶的研究。20世纪50年代末60年代初期，瑞士科学家阿尔伯（W。Arber，1929—）在观察大肠杆菌时，发现了一种能切割DNA的酶。1968年，他首次分离出这种酶，并命名为限制性内切酶。1970年，美国约翰霍普金斯大学微生物学家史密斯（H。O。Smith，1931—）成功地分离出专一性很强的DNA限制性内切酶，这种酶可以专一识别 DNA序列，并在DNA链中将它切开，这就是“内切”的来历。此后新的内切酶不断被发现和分离，目前已达数百种。由于内切酶的这些特点，决定了它们在基因工程中将扮演“剪刀”的角色。二是连接酶的研究。1967年，科学家阿尔伯和史密斯从代号为T的噬菌体感染的大肠杆菌里分离和提取到了连接酶，这种连接酶能使DNA分子相邻的两端或是被“剪刀”断开的DNA片段重新连接起来。显然，这种连接酶可以在基因工程中充当“糨糊”的角色，它们能够把切割下来的基因导入受体细胞，粘在受体细胞DNA分子的特定位置上。
1971年到1972年间，美国斯坦福大学生物化学家伯格（P。Berg，1962—）使用一种DNA限制性内切酶切开SV40病毒的环状DNA，再用同一种酶切外源DNA片段，两者很容易黏合，形成一种杂交分子，即重组DNA技术产生。1977年，美国斯坦福大学的科学家成功地利用重组DNA技术产生出下丘脑分泌的生长素释放抑制因子（一种能抑制脑下垂体释放生长激素的神经激素）。1978年，哈佛大学的科学家又用此方法生产出胰岛素。
基因工程的产生使整个生物技术跨入了一个崭新的发展时代，传统的生物技术与基因工程的结合形成了真正有生命力的现代生物技术。例如，在发酵工程方面，运用传统的生物技术方式要用10万只羊的下丘脑才能获得1毫克生长激素抑制素，耗资巨大。现在通过基因工程，将人工合成的人生长激素抑制素基因重组一个高效表达载体在大肠杆菌中表达，只需要10升这种重组的大肠杆菌培养液，经计算机严格控制条件就可以获得，这就是现代发酵工程的威力。1989年，美国利用植物细胞组织培养技术培养出转基因烟草，结果在烟草叶片上产生了占叶蛋白总量的13%的抗体。按照这种水平计算，美国只需要用其目前种烟草土地面积的1%来种这种转基因烟草，每年就可以生产出270公斤的抗体，足够27万病人用1年，这是基因工程与细胞工程结合后产生巨大社会效益和经济效益的一个明证。现在的遗传育种基因工程技术把一些有用的优良或特殊性状的基因转入到农作物中，缩短育种时间达几万倍。目前已经培育出了抗病毒、抗除草剂、抗虫、高蛋白的各种农作物品种，也培养出了携带人的生长激素基因的猪种和鱼种，它们都比普通猪和鱼要长得快、长得大等。诸如此类的例子不胜枚举。
我国的基因工程研究及应用虽起步较晚，但已获得了较大的发展，取得了一定的成果。据不完全统计，已经研制成功和正在研制的基因工程产品就有几十种，有些已经投产并开始使用，如基因工程α干扰素，基因工程乙型肝炎疫苗等。总之，基因工程给传统生物技术带来了彻底的革新，而且其应用范围仍然在不断加深扩展，前景十分广阔。
分子生物学发展到20世纪80年代，在分子水平上研究人类基因结构和功能的关系很自然地被提到科学工作的日程上来。
人体细胞是十分复杂的，在细胞核中含有23对46个染色体，约有5万到10万个基因和约30亿碱基对。以此为研究对象的“人类基因组研究计划——制图和测序”旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类在分子水平上全面地认识自我。这项计划的完成，对阐明人类基因表达调控的机理是必要的基础，能使遗传性疾病的治疗和有关的药物生产更有的放矢。利用这个基本数据对不同种族基因组进行比较研究，对探索人类的起源和进化同样是必要的基础。这是一项工程宏伟，耗资巨大，历时长久，需要大量科技人员共同努力的计划，被称为“生物学的大科学”，被视为生物学和医学的极为重要的基础设施。
这项计划开始是由美国生物学家杜尔贝科（R。Dulbecco，1914—）在1985年首先提出的，1986年在美国纽约长岛冷泉港的学术会议上第一次进行了公开的正式的讨论，大家热情地期待着这个计划能迅速实施。但是由于在耗资问题、必要性问题、方法问题、阶段性成果的检测和核对等许多问题上存在不同的意见，特别是巨额的经费未能落实，使这个拟议中的计划又凉了下来。经过1987年一年的讨论和向美国国会游说等，1988年美国政府终于批准了这项预计投资30亿美元、历时15年的经费预算。美国国内参加这项计划的有美国国家卫生研究院、能源部和十几所大学。“人类基因组计划”的国际组织也于1988年4月成立，组织成员包括了北美、欧洲、亚洲和大洋洲的许多国家的科学家和研究单位，这个组织负责对计划实施的过程中的制图和测序等进行组织合作和学术交流。
人类基因组研究计划最基本的工作，就是完成全部人类基因的测序。首先，必须确定基因在基因组的相对位置，建立遗传图谱；其次，在特定染色体区内对基因定位，构建物理图谱；再次，进行DNA的核苷酸测序分析，建立序列图谱；最后鉴定全部基因的位置、结构和功能，完成基因图谱。
1989年国际组织制定了第一个五年计划，1993年到期。这一阶段取得了部分的研究成果，如测序方法的改进，法国科学家宣布制出了第21个染色体的基因图（1992），美国也宣布制出了Y染色体的基因图（1992），随后法国科学家又宣布制出全部染色体的基因图（1993）。但是这些都只能说是初步的，在方法上和准确性上都有不少需要改进或进一步研究的问题。由于阶段性成果逐渐取得，又产生了成果如何分享、应不应该取得专利和什么成果应该取得专利等一系列问题。在另一方面，对此计划的信心也逐渐增强，特别是基因制图给基因治疗带来的现实希望，使为此目的而设立的公司逐渐兴起。
参与这项计划的有美、英、日、德、法和中国6个国家的1100多名科学家，计划项目于1990年开始启动。中国于1994年才正式启动人类基因组计划，由杨焕明、于军教授等组成的基因组科研队伍于1998年8月在中国科学院遗传所组建了人类基因组中心，并于1999年7月获准加入人类基因组计划并向国际人类基因组申请承担1%的测序任务，即3号染色体上3000万个碱基对的测序。中国科学家经过艰苦工作于2000年4月底完成测序任务。到2000年6月，人类基因组草图绘制全部完成。精确的人体基因组图谱有望不久绘制出来。
20世纪的技术发展可以用“应接不暇”、“日新月异”形容。科研成果从发明到应用的周期大大缩短，高新技术产品不断更新。据粗略统计，20 世纪上半叶所取得的科学技术成果，远远超过了19世纪，20世纪60年代以来的成果竟超过了以往两千年的总和。科学与技术一体化的特征日益突出，科学与技术之间的联系是如此紧密，相互促进作用是如此巨大，各学科与各门工程技术之间的相互渗透又如此广泛深入，以致形成了一个极其庞大复杂的科学技术系统。技术的进步与社会生活产生了极其密切的联系，深刻地影响着我们的生活。同时，技术竞争的加剧，科学技术伦理问题也日显突出。