構成的生物学ともいう。生物や細胞に含まれる分子やシステムに類似はしているが、自然界には存在していない分子やシステムを人工的に作りだし、これらの利用や応用を研究する分野。例えば、現在のウイルスや生物がもつ核酸とたんぱく質は、それぞれ特定の種類の塩基、アミノ酸と呼ばれる構成単位からできているが、別の種類の構成単位からなる疑似核酸や疑似たんぱく質を人工的に作りだし、これらの疑似分子と、従来の核酸、たんぱく質とを比較する。これによって、核酸やたんぱく質の働きや作用などを改良できる可能性がある。また、各種の遺伝子やたんぱく質などの生命体構成物質を人為的に組み合わせて、自然界には存在しない疑似ウイルスや疑似微生物を人工的に、設計図通りに作りだすことも考えられる。遺伝病に対する、遺伝子組み換え技術による治療用ウイルスの開発・作製などは、合成生物学の初歩的な成功例である。従来の遺伝子工学や遺伝子組み換え技術などの発展した形が、合成生物学である。