衍射，电子显微镜，和电泳等，分子生物学成功地对未知世界展开一连串探索。 这些研究揭示了大分子的结构和功能。该过程中的一个里程碑是1949年莱纳斯·鲍林博士的研究成果，该研究首次将镰刀型红血疾病患者的特定基因突变与单个蛋白质，杂合的或纯合的红细胞中的血红蛋白联系起来。
生物化学与遗传学的相遇.二十世纪的前三十年当中，由于生物化学和遗传学的相遇，分子生物学有了重大进展。生物化学研究组成生物的分子的结构和功能。在1900年到1940年之间，它描述了代谢的中心过程，例如养分的消化与吸收