Molekularna biokemija je študija funkcij živih organizmov. Natančneje se osredotoča na kemične procese, ki so vključeni v strukturo in aktivnost organizmov na molekularni ravni. Posamezniki, ki študirajo molekularno biokemijo, se močno osredotočajo na biokemične raziskave beljakovin, lipidov, ogljikovih hidratov in nukleinskih kislin, ki jih najdemo v različnih kombinacijah teh molekul.
Molekule so lahko zelo velike in zapletene ter se sestavljajo v velike enote, znane kot polimeri. Te makromolekule uporabljajo ponavljajoče se strukturne enote, ki so povezane s souporabo elektrona. Ta proces je znan kot kovalentna kemična vez. Polimeri se nato razgradijo na podenote, znane kot monomeri. Najpogostejši od teh monomerov je glukoza, ki se veže skupaj in tvori celulozo in škrob. Drug pogost polimer je beljakovina, ki je sestavljena iz aminokislin. Molekularni biokemiki si prizadevajo razumeti strukturo teh monomerov in njihovo večjo tvorbo polimerov ter kako delujejo in medsebojno delujejo v organizmu.
Eden najpomembnejših vidikov molekularne biologije je razumevanje kemičnih lastnosti molekul. Celični metabolizem je primer raziskav z uporabo molekularne biokemije. Kemične reakcije se pojavljajo v vseh živih organizmih in so potrebne za vzdrževanje življenja. Različni procesi v celici so odgovorni za razmnoževanje, vzdrževanje strukture in avtonomni odziv na dražljaje. Molekularni biokemiki preučujejo dve glavni kategoriji presnove: katabolizem in anabolizem. Katbolizem je proces, s katerim se snov razgradi in energija nabira v celičnem dihanju. Anabolizem uporablja energijo za izgradnjo različnih komponent v celici.
Poleg živih struktur molekul molekularna biokemija preučuje tudi viruse. Virusi se lahko razmnožujejo samo v celici gostitelja, zaradi česar so psevdo življenjska oblika. Te entitete lahko vplivajo na različne dele molekul in vplivajo na vse, od sinteze beljakovin do transporta celične membrane. Z virusi se lahko okužijo vse vrste organizmov, rastlinskih ali živalskih. Molekularni biokemiki so identificirali več kot 5,000 vrst virusov po vsem svetu, v skoraj vseh ekosistemih, ki si jih lahko zamislimo. Veja molekularne biokemije, ki preučuje te organizme, je znana kot virologija.
Molekularna biokemija se je začela v zgodnjih 1800-ih s Friedrichom Wohlerjem. Objavil je članek, ki dokazuje, da je organsko spojino sečnino mogoče sintetizirati leta 1828. Sledilo je odkritje encima amilaze, ki razgrajuje sladkorje, leta 1833 Anselme Payen. Amilaza je bila prvi identificiran encim in je pokazala, da so različne snovi v molekuli odgovorne za različna delovanja. Študije so se nadaljevale v naslednjih desetletjih, ki so v ospredje postavile nove koncepte, kot je DNK. Danes je molekularna biokemija eden najpomembnejših vidikov pri nadaljnjem razumevanju gradnikov življenja.