O Biólogo molecular estuda os processos biológicos em nível de DNA, RNA e proteínas, investigando como genes se expressam e como isso influencia doenças, o desenvolvimento de organismos e a resposta a tratamentos. O trabalho é predominantemente laboratorial, com uso de técnicas como PCR, sequenciamento e cultura de células.
Atua em pesquisa acadêmica, laboratórios de diagnóstico, biotecnologia e desenvolvimento de medicamentos e vacinas, muitas vezes em projetos multidisciplinares com médicos, geneticistas e bioquímicos.