Biokemijske raziskave stojijo na stičišču kemije in biologije in iščejo odgovore na vprašanja o kemiji živih bitij in o tem, kako se kemične snovi obnašajo v okolju žive osebe ali živali ali rastline ali drugega živega bitja. Imenuje se tudi biokemične raziskave in biološka kemija. Po podatkih ameriškega urada za statistiko dela (BLS) je večina biokemikov vključenih v akademske ali industrijske biokemijske raziskave.
Možne teme študija segajo od kompleksnih kemičnih sprememb, ki se pojavijo na celični ravni, do procesov znotraj posameznega živega bitja, kot sta rast in delovanje možganov, do procesov, ki se odvijajo med generacijami, kot je dednost. Na katerem koli od teh področij od posamezne celice do družinske skupine – ali celo na večjih ravneh – lahko biokemiki preučujejo strukture in njihove funkcije in procese, biokemične vzroke in učinke, odnose med in med strukturami in organi. Prav tako lahko poskušajo sintetizirati ali izdelati izdelke, ki bi na primer imeli vlogo v medicinski znanosti.
S poudarkom na organskih spojinah se lahko biokemijske raziskave osredotočijo na eno od štirih glavnih vrst organskih snovi, ki jih najdemo v celici. Ena vrsta so beljakovine, makromolekule, sestavljene iz aminokislin, ki so bistveni sestavni del prehrane ljudi in živali. Drugi so ogljikovi hidrati, spojine, ki so v celoti sestavljene iz kisika, ogljika in vodika, ki se združujejo v živila, kot so sladkorji, celuloza in škrob. Tretjina se imenuje maščobe ali lipidi, ki so pomemben mehanizem zagotavljanja energetskih zalog za organizme. Četrta so nukleinske kisline, ki so prisotne v vseh celicah in so ključne za sintezo beljakovin in prenos genov.
Prehrana je še eno pomembno področje biokemijskih raziskav in veliko biokemikov je zaposlenih v živilski industriji. Biokemiki preučujejo biokemijo hrane in njeno uporabo v telesu, kar vključuje preučevanje prebave. Nove prehranske procese je mogoče preizkusiti, da bi ugotovili, kakšen, če sploh, vpliv imajo na prehransko kakovost živilskega izdelka, in oblikovati nove ideje, kako zadovoljiti posebne prehranske potrebe. Druga področja biokemijskih raziskav vključujejo presnovo, hormone, cirkulacijski sistem, genetiko, specifične bolezni, farmakologijo, razvoj matičnih celic, toksikologijo in imunokemijo.
Biokemijske raziskave so bile uvedene v poznem osemnajstem stoletju. Prvič, ko je bila organska spojina sintetizirana v laboratoriju, ko je Friedrich Wöhler sintetiziral sečnino leta 1828. Danes se biokemijske raziskave še naprej ukvarjajo z nekaterimi istimi področji, ki so zanimale znanstvenike pred več stoletji, čeprav z drugačno opremo. Biokemijski raziskovalci imajo na voljo nekaj zelo specializiranih orodij. Sem spadajo spektrofotometrija, elektroforeza DNA gela, kromatografija in masna spektrometrija.