系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科（注，该定义在国际国内都引起异议，缺乏系统论基础）。也就是说，系统生物学不同于以往的分子生物学——仅关心个别的基因和蛋白质，它要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。显然，系统生物学是以系统论、整体性研究为特征的一种交叉科学。
20 世纪生物学从宏观到微观进步巨大, 传统的分析还原的研究方法受到质疑。在此背景下, 系统生物学是继基因组学、蛋白质组学之后一门新兴的生物学交叉学科。从系统角度来进行生物学研究逐步成为现代生物学研究方法的主流。在研究上, 了解一个复杂的生物系统需要整合实验和计算方法、基因组学和蛋白质组学中的高通量方法为系统生物学发展提供大量的数据, 计算生物学通过数据处理、模型构建和理论分析, 成为系统生物学发展的一个必不可缺的、强有力的工具, 已经在诸多医学前沿领域的研究中成为重要研究方法而被广泛应用。
合成生物学是指人们将"基因"连接成网络，让细胞来完成设计人员设想的各种任务。例如把网络同简单的细胞相结合，可提高生物传感性，帮助检查人员确定地雷或生物武器的位置。再如向网络加入人体细胞，可以制成用于器官移植的完整器官。让·维斯是麻省理工学院计算机工程师，早在他读研究生时就迷上了生物学，并开始为细胞"编程"，现在已成为合成生物学的领军人物。维斯的导师、计算机工程师和生物学家汤姆·奈特表示，他们希望研制出一组生物组件，可以十分容易地组装成不同的"产品"。
研制不同的基因线路---即特别设计的、相互影响的基因。波士顿大学生物医学工程师科林斯已研制出一种"套环开关"，所选择的细胞功能可随意开关。加州大学生合成生物学的研究物学和物理学教授埃罗维茨等人研究出另外一种线路:当某种特殊蛋白质含量发生变化时，细胞能在发光状态和非发光状态之间转换，起到有机振荡器的作用，打开了利用生物分子进行计算的大门。
维斯和加州理工学院化学工程师阿诺尔一起，采用"定向进化"的方法，精细调整研制线路，将基因网络插入细胞内，有选择性地促进细胞生长。维斯目前正在研究另外一群称为"规则系统"的基因，他希望细菌能估计刺激物的距离，并根据距离的改变做出反应。该项研究可用来探测地雷位置:当它们靠近地雷时细菌发绿光;远离地雷时则发红光。维斯另一项大胆的计划是为成年干细胞编程，以促进某些干细胞分裂成骨细胞、肌肉细胞或软骨细胞等，让细胞去修补受损的心脏或生产出合成膝关节。尽管该工作尚处初级阶段，但却是生物学调控领域中重要的进展。
合成生物学的基本理念：合成生物学是以工程学理论为指导,设计和合成各种复杂生物功能模块、系统甚至人工生命体,并应用于特定化学物生产、生物材料制造、基因治疗、组织工程等的一门综合学科.它涉及微生物学、分子生物学、系统生物学、遗传学、材料科学以及计算机科学等多个学科.合成生物学代表了生物系统设计的新趋势,其诞生可以追溯到20世纪六七十年代出现的多种技术和认识,包括基因电路（genetic circuit）的研究、基因转录的蛋白调控以及DNA重组技术等.合成生物学的最终形成主要依赖于四个方面的突破：一是低成本、高通量的DNA合成技术,二是快速、廉价的DNA测序技术,三是多年研究积累所获得的特性较好的生物模块,四是工程化设计系统生物学:现代系统生物学是一门新兴的，整在不断发展的交叉学科。依据Hood的定义: 系统生物学是研究生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。
