介紹
生物科學（也被稱為生命科學）是自然科學的一個分支學科，從本質上說，生物科學是研究生命現象，揭示生命活動規律和生命本質的科學。生物科學與我們人類的生活密切相關。目前人類面臨的一系列重大問題，很大程度上将依賴于生物科學、生物技術的進步與發展。近十年，以計算機科學及信息技術、生物科學及生物技術為代表的高科技迅猛發展，生物科學已發展成為21世紀最活躍的學科之一，生物科學對人類經濟、科技、政治和社會發展的作用将是全方位的。
發展曆史
在自然科學還沒有發展的古代，人們對生物迷惑不解，往往把生命和無生命看成是截然不同、沒有聯系的兩個領域，認為生命不服從于無生命物質的運動規律。不少人還将各種生命現象歸結為一種非物質的力，即“活力”的作用。這些無根據的臆測，随着生物科學的發展而逐漸被抛棄，在現代生物科學中已經沒有立足之地了。
20世紀特别是40年代以來，生物科學吸收了數學、物理學和化學等的成就，逐漸發展成一門精确的、定量的、深入到分子層次的科學。人們已經認識到生命是物質的一種運動形态。
生命的基本單位是細胞，它是由蛋白質、核酸、脂質等生物大分子組成的物質系統。生命現象就是這一複雜系統中物質、能和信息三個量綜合運動與傳遞的表現。生命有許多為無生命物質所不具備的特性。
例如，生命能夠在常溫、常壓下合成多種有機化合物，包括複雜的生物大分子；能夠以遠遠超出機器的生産效率來利用環境中的物質和能制造體内的各種物質，而不排放污染環境的有害物質；能以極高的效率儲存信息和傳遞信息；具有自我調節功能和自我複制能力；以不可逆的方式進行着個體發育和物種的演化等等。揭露生命過程中的機制具有巨大的理論和實踐意義。
現代生物科學是一個有衆多分支的龐大的知識體系，本條目着重說明生物科學研究的對象、分科、方法和意義。關于生命的本質和生物科學發展的曆史，将在“生命”、“生物科學史”等條目中闡述。
研究對象
地球上現存的生物估計有200萬～450萬種；已經滅絕的種類更多，估計至少也有1500萬種。從北極到南極，從高山到深海，從冰雪覆蓋的凍原到高溫的礦泉，都有生物存在。
它們具有多種多樣的形态結構，它們的生活方式也變化多端。從生物的基本結構單位──細胞的水平來考察，有的生物尚不具備細胞形态，在已具有細胞形态的生物中，有的由原核細胞構成，有的由真核細胞構成。從組織結構水平來看，有的是單生的或群體的單細胞生物，有的是多細胞生物，而多細胞生物又可根據組織器官的分化和發展而分為多種類型。從營養方式來看，有的是光合自養，有的是吸收異養或腐食性異養，有的是吞食異養。從生物在生态系統中的作用來看，有的是有機食物的生産者，有的是消費者，有的是分解者，等等。生物科學家根據生物的發展曆史、形态結構特征、營養方式以及它們在生态系統中的作用等，将生物分為若幹界。當前比較通行的是美國R.H.惠特克于1969年提出的5界系統。
他将細菌、藍菌等原核生物劃為原核生物界，将單細胞的真核生物劃為原生生物界，将多細胞的真核生物按營養方式劃分為營光合自養的植物界、營吸收異養的真菌界和營吞食異養的動物界。中國生物科學家陳世骧于1979年提出6界系統。這個系統由非細胞總界、原核總界和真核總界3個總界組成，代表生物進化的3個階段。非細胞總界中隻有1界，即病毒界。原核總界分為細菌界和藍菌界。真核總界包括植物界、真菌界和動物界，它們代表真核生物進化的3條主要路線。
1、非細胞生命形态。病毒不具備細胞形态，由一個核酸長鍊和蛋白質外殼構成。
根據組成核酸的核苷酸數目計算，每一病毒顆粒的基因最多不過300個。寄生于細菌的病毒稱為噬菌體。病毒沒有自己的代謝機構，沒有酶系統，也不能産生腺苷三磷酸（ATP）。因此病毒離開了寄主細胞，就成了沒有任何生命活動，也不能獨立地自我繁殖的化學物質。隻有在進入寄主細胞之後，它才可以利用活細胞中的物質和能，以及複制、轉錄和轉譯的全套裝備，按照它自己的核酸所包含的遺傳信息産生和它一樣的新一代病毒。
病毒基因同其他生物的基因一樣，也可以發生突變和重組，因而也是能夠演化的。由于病毒沒有獨立的代謝機構，也不能獨立地繁殖，因而被認為是一種不完整的生命形态。關于病毒的起源，有人認為病毒是由于寄生生活而高度退化的生物；有人認為病毒是從真核細胞脫離下來的一部分核酸和蛋白質顆粒；更多的人認為病毒是細胞形态發生以前的更低級的生命形态。近年發現了比病毒還要簡單的類病毒，它是小的RNA分子，沒有蛋白質外殼。
另外還發現一類隻有蛋白質卻沒有核酸的朊粒，它可以在哺乳動物身上造成慢性疾病。這些不完整的生命形态的存在縮小了無生命與生命之間的距離，說明無生命與生命之間沒有不可逾越的鴻溝。因此，在原核生物之下，另辟一界，即病毒界是比較合理的。
2：原核生物。原核細胞和真核細胞是細胞的兩大基本類型，它們反映細胞進化的兩個階段。把具有細胞形态的生物劃分為原核生物和真核生物，是現代生物科學的一大進展。原核細胞的主要特征是沒有線粒體、質體等膜細胞器，染色體隻是一個環狀的DNA分子，不含組蛋白及其他蛋白質，沒有核膜。原核生物包括細菌和藍菌，它們都是單生的或群體的單細胞生物。
細菌是隻有通過顯微鏡才能看到的原核生物。大多數細菌都有細胞壁，其主要成分是肽聚糖而不是纖維素。細菌的主要營養方式是吸收異養，它分泌水解酶到體外，将大分子的有機物分解為小分子，然後将小分子營養物吸收到體内。細菌在地球上幾乎無處不在，它們繁殖得很快，數量極大，在生态系統中是重要的分解者，在自然界的氮素循環和其他元素循環中起着重要作用（見土壤礦物質轉化）。有些細菌能使無機物氧化，從中取得能來制造食物；有些細菌含有細菌葉綠素，能進行光合作用。但是細菌光合作用的電子供體不是水而是其他化合物如硫化氫等。所以細菌的光合作用是不産氧的光合作用。細菌的繁殖為無性繁殖，在某些種類中存在兩個細胞間交換遺傳物質的一種原始的有性過程──細菌接合。
枝原體、立克次氏體和衣原體均屬細菌。枝原體無細胞壁，細胞非常微小，甚至比某些大的病毒粒還小，能通過細菌濾器，是能夠獨立地進行生長和代謝活動的最小的生命形态。立克次氏體的酶系統不完全，它隻能氧化谷氨酸，而不能氧化葡萄糖或有機酸以産生ATP。衣原體沒有能量代謝系統，不能制造ATP。大多數立克次氏體和衣原體不能獨立地進行代謝活動，被認為是介于細菌和病毒之間的生物。
藍菌是行光合自養的原核生物，是單生的，或群體的，也有多細胞的。和細菌一樣，藍菌細胞壁的主要成分也是肽聚糖，細胞也沒有核膜和細胞器，如線粒體、高爾基器、葉綠體等。但藍菌細胞有由膜組成的光合片層，這是細菌所沒有的。藍菌含有葉綠素a，這是高等植物也含有的而為細菌所沒有的一種葉綠素。藍菌還含有類胡蘿蔔素和藍色色素──藻藍蛋白，某些種還有紅色色素──藻紅蛋白，這些光合色素分布于質膜和光合片層上。藍菌的光合作用和綠色植物的光合作用一樣，用于還原CO2産生的H+，因而伴随着有機物的合成還産生分子氧，這和光合細菌的光合作用截然不同。
最早的生命是在無遊離氧的還原性大氣環境中發生的（見生命起源），所以它們應該是厭氧的，又是異養的。從厭氧到好氧，從異養到自養，是進化史上的兩個重大突破。藍菌光合作用使地球大氣從缺氧變為有氧，這樣就改變了整個生态環境，為好氧生物的發生創造了條件，為生物進化展開了新的前景。在現代地球生态系統中，藍菌仍然是生産者之一。
近年發現的原綠藻，含葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿蔔素。從它們的光合色素的組成以及它們的細胞結構來看，很像綠藻和高等植物的葉綠體，因此受到生物科學家的重視。真核生物和原核細胞相比，真核細胞是結構更為複雜的細胞。它有線粒體等各種膜細胞器，有圍以雙層膜的細胞核，把位于核内的遺傳物質與細胞質分開。DNA為長鍊分子，與組蛋白以及其他蛋白結合而成染色體。真核細胞的分裂為有絲分裂和減數分裂，分裂的結果使複制的染色體均等地分配到子細胞中去。
原生生物是最原始的真核生物。原生生物的原始性不但表現在結構水平上，即停留在單細胞或其群體的水平，不分化成組織；也表現在營養方式的多樣性上。原生生物有自養的、異養的和混合營養的。例如，眼蟲能進行光合作用，也能吸收溶解于水中的有機物。金黃滴蟲除自養和腐食性營養外，還能和動物一樣吞食有機食物顆粒。
所以這些生物還沒有明确地分化為動物、植物或真菌。根據這些特性，R.H.惠特克吸收上世紀E.海克爾的意見，将原生生物列為他的5界系統中的1界，即原生生物界。但是有些科學家主張撤銷這1界，他們的理由是原生生物界所包含的生物種類過于龐雜，大部分原生生物顯然可以歸入動物、植物或者真菌，那些處于中間狀态的原生生物也不難使用分類學的分析方法适當地确定歸屬。
植物是以光合自養為主要營養方式的真核生物。典型的植物細胞都含有液泡和以纖維素為主要成分的細胞壁。細胞質中有進行光合作用的細胞器即含有光合色素的質體──葉綠體。綠藻和高等植物的葉綠體中除葉綠素a外，還有葉綠素b。多種水生藻類，因輔助光合色素的組成不同，而呈現出不同的顔色。植物的光合作用都是以水為電子供體的，因而都是放氧的。光合自養是植物界的主要營養方式，隻有某些低等的單細胞藻類，進行混合營養。少數高等植物是寄生的，行次生的吸收異養，還有很少數高等植物能夠捕捉小昆蟲，進行吸收異養。
植物界從單細胞綠藻到被子植物是沿着适應光合作用的方向發展的。在高等植物中植物體發生了光合器官(葉)、支持器官(莖)以及用于固定和吸收的器官（根）的分化。葉柄和衆多分枝的莖支持片狀的葉向四面展開，以獲得最大的光照和吸收CO2的面積。細胞也逐步分化形成專門用于光合作用、輸導和覆蓋等各種組織。大多數植物的生殖是有性生殖，形成配子體和孢子體世代交替的生活史。在高等植物中，孢子體不斷發展分化，而配子體則趨于簡化。植物是生态系統中最主要的生産者，也是地球上氧氣的主要來源。
真菌是以吸收為主要營養方式的真核生物。
真菌的細胞有細胞壁，至少在生活史的某一階段是如此。細胞壁多含幾丁質，也有含纖維素的。幾丁質是一種含氨基葡萄糖的多糖，是昆蟲等動物骨骼的主要成分，植物細胞壁從無幾丁質。真菌細胞沒有質體和光合色素。少數真菌是單細胞的，如酵母菌。多細胞真菌的基本構造是分枝或不分枝的菌絲。一整團菌絲叫菌絲體。有的菌絲以橫隔分成多個細胞，每個細胞有一個或多個核，有的菌絲無橫隔而成為多核體。菌絲有吸收水分和養料的機能。菌絲體常疏松如蛛網，以擴大吸收面積。真菌的繁殖能力很強，繁殖方式多樣，主要是以無性或有性生殖産生的各種孢子作為繁殖單位。真菌分布非常廣泛。在生态系統中，真菌是重要的分解者，分解作用的範圍也許比細菌還要大一些。
粘菌是一種特殊的真菌。它的生活史中有一段是真菌性的，而另一段則是動物性的，其結構、行為和取食方法與變形蟲相似。粘菌被認為是介于真菌和動物之間的生物。動物是以吞食為營養方式的真核生物。吞食異養包括捕獲、吞食、消化和吸收等一系列複雜的過程。動物體的結構是沿着适應吞食異養的方向發展的。
單細胞動物吞入食物後形成食物泡。食物在食物泡中被消化，然後透過膜而進入細胞質中，細胞質中溶酶體與之融合，是為細胞内消化。多細胞動物在進化過程中，細胞内消化逐漸為細胞外消化所取代，食物被捕獲後在消化道内由消化腺分泌酶而被消化，消化後的小分子營養物經消化道吸收，并通過循環系統而被輸送給身體各部的細胞。與此相适應，多細胞動物逐步形成了複雜的排洩系統、進行氣體交換的外呼吸系統以及複雜的感覺器官、神經系統、内分泌系統和運動系統等。神經系統和内分泌系統等組成了複雜的自我調節和自我控制的機構，調節和控制着全部生理過程。在全部生物中，隻有動物的身體構造發展到如此複雜的高級水平。
在生态系統中，動物是有機食物的消費者。在生命發展的早期，即在地球上隻有藍菌和細菌時，生态系統是由生産者和分解者組成的兩環系統。随着真核生物特别是動物的産生和發展，兩環生态系統發展成由生産者、分解者和消費者所組成的三環系統。出現了今日豐富多彩的生物世界。
從類病毒、病毒到植物、動物，生物擁有衆多特征鮮明的類型。各種類型之間又有一系列中間環節，形成連續的譜系。同時由營養方式決定的三大進化方向，在生态系統中呈現出相互作用的空間關系。因而，進化既是時間過程，又是空間發展過程。生物從時間的曆史淵源和空間的生活關系來講，都是一個整體。
生物的特征
生物不僅具有多樣性，而且具有一些共同的特征和屬性。人們對這些共同的特征、屬性和規律的認識，使内容十分豐富的生物科學成為統一的知識體系。
生物化學的同一性大量實驗研究表明，組成生物體生物大分子的結構和功能，在原則上是相同的。例如各種生物的蛋白質的單體都是氨基酸，種類不過20種左右，各種生物的核酸的單體都是核苷酸，種類不過8種，這些單體都以相同的方式組成蛋白質或者核酸的長鍊，它們的功能對于所有生物都是一樣的。在不同的生物體内基本代謝途徑也是相同的，甚至在代謝途徑中各個不同步驟所需要的酶也是基本相同的。不同生物體在代謝過程中都以ATP的形式傳遞能量。生物化學的同一性深刻地揭示了生物的統一性。
多層次的結構模式19世紀德國科學家M.J.施萊登和T.A.H.施萬提出細胞學說，認為動、植物都是由相同的基本單位──細胞所組成。這對于病毒以外的一切生物，從細菌到人都是适用的。細胞是由大量原子和分子所組成的非均質的系統。在結構上，細胞是由蛋白質、核酸、脂質、多糖等組成的多分子動态體系；從信息論觀點看，細胞是遺傳信息和代謝信息的傳遞系統；從化學觀點看，細胞是由小分子合成的複雜大分子，特别是核酸和蛋白質的系統；從熱力學觀點看，細胞又是遠離平衡的開放系統。所有這些，對于原核細胞和真核細胞都是一樣的。
除細胞外，生物還有其他結構單位。在細胞之下有細胞器、分子和原子，在細胞之上有組織、器官、器官系統、個體、種群、群落、生态系統、生物圈等單位。
生物的各種結構單位，按照複雜程度和逐級結合的關系而排列成一系列的等級，稱為結構層次。在每一個層次上表現出的生命活動不僅取決于它的組成成分的相互作用，而且取決于特定的有序結構，因此在較高層次上可能出現較低的層次所不曾出現的性質和規律。
有序性和耗散結構生物是由大量分子和原子組成的宏觀系統（相對于研究亞原子事件的微觀系統而言），它的代謝曆程和空間結構都是有序的。熱力學第二定律指出，物理的化學的變化導緻系統的無序性或随機性(即熵)的增加。生物無休止的新陳代謝，不可避免地使系統内部的熵增漲，從而幹擾和破壞系統的有序性。現代生物科學證明，在生物體中同時還存在一種使熵減少的機制。
20世紀60年代，普裡戈任提出耗散結構理論。按此理論，生物體是遠離平衡的開放系統，它從環境中吸取以食物形式存在的低熵狀态的物質和能，把它們轉化為高熵狀态後排出體外。這種不對稱的交換使生物體和外界熵的交流出現負值，這樣就可能抵消系統内熵的增漲。生物有序正是依賴新陳代謝這種能量耗散過程得以産生和維持的。（見耗散結構和生物有序）
穩态生物對體内的各種生命過程有良好的調節能力。生物所處的環境是多變的，但生物能夠對環境的刺激作出反應，通過自我調節保持自身的穩定。例如，人的體溫保持在37℃上下，血液的酸度保持在pH7.4左右等。這一概念先是由法國生物科學家C.貝爾納提出的。他指出身體内部環境的穩定是自由和獨立生活的條件。
後來，美國生理學家W.B.坎農揭示内環境穩定是通過一系列調節機制來保證的，并提出“穩态”一詞。穩态概念的應用現在已遠遠超出個體内環境的範圍。生物體的生物化學成分、代謝速率等都趨向穩态水平，甚至一個生物群落、生态系統在沒有激烈外界因素的影響下，也都處于相對穩定狀态。
生命的連續性1855年R.C.菲爾肖提出，所有的細胞都來自原已存在的細胞。這個概念對于現存的所有生物來說是正确的。除了最早的生命是從無生命物質在當時的地球環境條件下發生的以外，生物隻能來自已經存在的生物。隻能通過繁殖來實現從親代到子代的延續。因此，遺傳是生命的基本屬性。
1866年G.J.孟德爾通過豌豆雜交試驗發現了遺傳因子的分離規律和自由組合規律。20世紀20年代，以T.H.摩爾根為代表的一批科學家提出基因論，證明孟德爾假設的因子就是在染色體上線性排列的基因，補充了一個新的規律，即基因的連鎖和交換規律，并證明這些規律在動物界和植物界是普遍适用的。
40年代，J.萊德伯格發現細菌的有性雜交，M.德爾布呂克發現了噬菌體的交叉重組現象，從而證明病毒、原核生物和動物、植物都遵循同樣的遺傳規律。分子生物科學的發展證明一切生物的基因的化學實體都是核酸（DNA和RNA），遺傳信息都是以核苷酸的排列來編碼的，DNA以半保留複制産生新的拷貝。在分子水平上，生命的連續性首先表現在基因物質DNA的連續性上。
個體發育通常是指多細胞生物從單個生殖細胞到成熟個體的成長過程。生物在一生中，每個細胞、每個組織、器官都随時間而發展變化，它在任何一個特定時間的狀态都是本身發育的結果。生物個體發育是按一定的生長模式進行的穩定過程。
個體發育的概念對單細胞生物和病毒在原則上也是适用的。單細胞生物從一代到下一代經曆一定的細胞周期，病毒的發育也要經曆遺傳物質的複制，結構蛋白的合成以及病毒顆粒的裝配過程。因此，所有的生物都有各自的按一定規律進行的生活史。
對于個體發育規律的認識，經曆了漫長的過程。1797年C.F.沃爾夫發表《發生論》，對雞胚的發育過程作了較為詳細的描述。19世紀初К.M.貝爾提出胚層理論，指出胚胎組織和器官的發生是以内、中、外三個胚層為出發點的。20世紀初，H.施佩曼及其學派通過把胚胎組織從一處移植到另一處能改變其發育過程和方向的實驗，證明了胚胎發育是通過各部分的相互作用而完成的，現代生物科學證明，個體發育是由遺傳信息所控制的，不論是在分子層次上，還是在細胞、組織、個體層次上，發育的基本模式都是由基因決定的。
進化1859年C.R.達爾文所著《物種起源》的出版，創立了以自然選擇為基礎的生物進化論。進化是普遍的生物科學現象。每個細胞、每種生物都有自己的演變曆史，都在随着時間的發展而變化，它們目前的狀态是它們本身進化演變的結果。進化導緻物種的分化，生物不再被認為是一大堆彼此毫無聯系的、偶然的、“神造的”不變的物種。生物世界是一個統一的自然譜系，各種生物，歸根結底，都來自一個最原始的生命類型。生物不僅有一個複雜的縱深層次（從生物圈到生物大分子），它還具有個體發育曆史和種系進化曆史，有一個極廣闊的曆史橫幅。
生态系統中的相互關系在自然界裡，生物的個體總是組成種群，不同的種群彼此相互依賴，相互作用形成群落。群落和它所在的無生命環境組成了生物地理複合體──生态系統。在生态系統中，不同的種群具有不同的功能和作用。譬如，綠色植物是生産者，它能利用日光能制造食物；動物包括人在内是消費者；細菌和真菌是分解者。
生物彼此之間以及它們和環境之間的相互關系決定了生态系統所具有的性質和特點。任何一個生物，它的外部形态、内部結構和功能，生活習性和行為，同它在生态系統中的作用和地位總是相對适應的。這種适應是長期演變的結果，是自然選擇的結果。盡管生物世界存在驚人的多樣性，但所有的生物都有共同的物質基礎，遵循共同的規律。生物就是這樣的一個統一而又多樣的物質世界。因而，生物科學也就是一個統一而又十分豐富的知識領域。
研究方法
生物科學的一些基本研究方法──觀察描述的方法、比較的方法和實驗的方法等是在生物科學發展進程中逐步形成的。在生物科學的發展史上，這些方法依次興起，成為一定時期的主要研究手段。現在，這些方法綜合而成現代生物科學研究方法體系。
觀察描述的方法在17世紀，近代自然科學發展的早期，生物科學的研究方法同物理學研究方法大不相同。物理學研究的是物體可測量的性質，即時間、運動和質量。物理學把數學應用于研究物理現象，發現這些量之間存在着相互關系，并用演繹法推算出這些關系的後果。生物科學的研究則是考察那些将不同生物區别開來的、往往是不可測量的性質。生物科學用描述的方法來記錄這些性質，再用歸納法，将這些不同性質的生物歸并成不同的類群。
18世紀，由于新大陸的開拓和許多探險家的活動，生物科學記錄的物種幾倍、幾十倍地增長，于是生物分類學首先發展起來。生物分類學者搜集物種進行鑒别、整理，描述的方法獲得巨大發展。要明确地鑒别不同物種就必須用統一的、規範的術語為物種命名，這又需要對各種各樣形态的器官作細緻的分類，并制定規範的術語為器官命名。這一繁重的術語制定工作，主要是C.von林奈完成的。人們使用這些比較精确的描述方法收集了大量動、植物分類學材料及形态學和解剖學的材料。
比較的方法。18世紀下半葉，生物科學不僅積累了大量分類學材料，而且積累了許多形态學、解剖學、生理學的材料。在這種情況下，僅僅作分類研究已經不夠了，需要全面地考察物種的各種性狀，分析不同物種之間的差異點和共同點，将它們歸并成自然的類群。比較的方法便被應用于生物科學。
運用比較的方法研究生物，是力求從物種之間的類似性找到生物的結構模式、原型甚至某種共同的結構單元。G.居維葉在動物學方面，J.W.von歌德在植物學方面，是用比較方法研究生物科學問題的著名學者。用比較的方法研究生物，愈來愈深刻地揭示動物和植物結構上的統一性，勢必觸及各個不同類型生物的起源問題。
19世紀中葉，達爾文的進化論戰勝了特創論和物種不變論。進化論的勝利又給比較的方法以巨大的影響。早期的比較，還僅僅是靜态的共時的比較，在進化論确立後，比較就成為動态的曆史的比較了。現存的任何一個物種以及生物的任何一種形态，都是長期進化的産物，因而用比較的方法，從曆史發展的角度去考察，是十分必要的。
早期的生物科學僅僅是對生物的形态和結構作宏觀的描述。1665年英國R.胡克用他自制的複式顯微鏡，觀察軟木片，看到軟木是由他稱為細胞的盒狀小室組成的。從此，生物科學的觀察和描述進入了顯微領域。但是在17世紀，人們還不能理解細胞這樣的顯微結構有何等重要意義。那時的顯微鏡未能消除使影像失真的色環，因而還不能清楚地辨認細胞結構。19世紀30年代，消色差顯微鏡問世，使人們得以觀察到細胞的内部情況。
1838～1839年施萊登和施萬的細胞學說提出：細胞是一切動植物結構的基本單位。比較形态學者和比較解剖學者多年來苦心探求生物的基本結構單元，終于有了結果。細胞的發現和細胞學說的建立是觀察和描述深入到顯微領域所獲得的成果，也是比較方法研究的一個重要成果。
2：實驗的方法前面提到的觀察和描述的方法有時也要對研究對象作某些處理，但這隻是為了更好地觀察自然發生的現象，而不是要考察這種處理所引起的效應。實驗方法則是人為地幹預、控制所研究的對象，并通過這種幹預和控制所造成的效應來研究對象的某種屬性。實驗的方法是自然科學研究中最重要的方法之一。
17世紀前後生物科學中出現了最早的一批生物科學實驗，如英國生理學家W.哈維關于血液循環的實驗，J.B.van黑爾蒙特關于柳樹生長的實驗等。然而在那時，生物科學的實驗并沒有發展起來，這是因為物理學、化學還沒有為生物科學實驗準備好條件，活力論還占統治地位。很多人甚至認為，用實驗的方法研究生物科學隻能起很小的作用。
到了19世紀，物理學、化學比較成熟了，生物科學實驗就有了堅實的基礎，因而首先是生理學，然後是細菌學和生物化學相繼成為明确的實驗性的學科。19世紀80年代，實驗方法進一步被應用到了胚胎學，細胞學和遺傳學等學科。到了20世紀30年代，除了古生物科學等少數學科，大多數的生物科學領域都因為應用了實驗方法而取得新進展。
實驗方法當然包含着對研究對象進行某種處理，然而更重要的則是它的思維方式。用實驗的方法研究某一生命過程，要求根據已有事實提出假說，并根據假說推導出一個可以用實驗檢驗的預測，然後進行實驗，如果實驗結果符合預測，就說明假說是正确的。在這裡，假說必須是可以用實驗加以驗證的，而且隻有經過實驗的檢驗，假說才可能上升為學說或理論。實驗方法的使用大大加強了研究工作的精确性。19世紀以來，實驗方法成為生物科學主要的研究方法後，生物科學發生巨大變化，成為精确的實驗科學。
20世紀，實驗方法獲得巨大發展，然而單純觀察或描述方法，仍然是生物科學的基本研究方法。生物體具有多層次的複雜的形态結構。每一個曆史時期都有形态描述的任務。20世紀30年代出現了電子顯微鏡，使觀察和描述深入到超微世界。人們通過電子顯微鏡看到了枝原體和病毒，也看到了細胞器的超微結構。由于細胞是生命的最小單位，是生命活動的最小的系統，因而揭示它構造上的細節，對揭示生命的本質具有重大的意義。
比較的方法在20世紀也有新的進展，它已經不限于生物體的宏觀形态結構的比較，而是深入到不同屬種的蛋白質、核酸等生物大分子化學結構的比較，如不同物種的細胞色素C的化學結構的測定和比較。根據其差異程度可以對物種的親緣關系給出定量的估計。
生物科學實驗技術在20世紀突飛猛進。随着現代物理學、化學的發展，生物科學新的實驗方法紛紛出現。層析、分光光度法、電泳、超速離心、同位素示蹤、X射線衍射分析、示波器、激光、電子計算機等相繼應用于生物科學研究。細胞培養、細胞融合、基因操作、單克隆抗體、酶和細胞固定化以及連續發酵等新技術紛紛建立，使生物科學實驗中對條件的控制更為有效、嚴格，觀察和測量更為精密，這就有可能詳盡地探索生物體内物質的、能的和信息的動态過程。生物科學實驗技術的發展使生物科學取得一系列輝煌的成就。由新型的實驗技術發展而來的生物工程，包括基因工程、細胞工程、酶工程和發酵工程，已經成為當代新技術革命的重要内容。
實驗研究往往帶有分析的性質。生物科學實驗分析已經深入到分子的層次，生物大分子本身并不具有生命屬性，隻有這些生物大分子形成細胞這樣複雜的系統，才表現出生命的活動。沒有活的分子，隻有活的系統。在每一個層次上，新的生物科學規律總是作為系統的和整體的規律而出現的。對于生物科學來說，既需要有精确的實驗分析，又需要從整體和系統的角度來觀察生命。1924～1928年L.von貝塔蘭菲提出系統論思想，認為一切生物是時空上有限的具有複雜結構的一種自然系統。1932～1934年，他提出用數學和數學模型來研究生物科學。半個世紀以來，系統論取得了很大發展，湧現出許多定量處理系統問題的數學理論。生物科學也積累了大量關于各個層次生命系統及其組成成分的實驗資料，系統論方法将作為新的研究方法而受到人們的重視。
