生命システムは非常に複雑なため、単純で人為的に操作できるシステムから組み上げていこうとする研究がされている。生命システムを書き直そうとする研究者はまずリファクタリング (プログラミング)に目をつけた。Drew Eddyらのグループはいくつかの予備的研究をしている。また、光リソグラフから取り入れたオリゴヌクレオチドや、あるいはインクジェットで製造されミスマッチエラーコレクションと化合されたDNAチップなどにより、安価で大規模にコドンを変化させて遺伝子発現を改善したり、新たなアミノ酸を導入する手法などによる研究がなされている。
生命システムを自由自在にデザインして組み立て、情報処理、化学物質の操作、有用物質の生産、エネルギーや食糧の生産、健康や地球環境の維持などに役立てようとする、バイオテクノロジーの研究が盛んに行われている。合成生物学が従来の遺伝子組み換え技術と異なる点は、より信頼性を高めるために基本的な技術の確立に重点を置くことである。新たな試みの例としてTim GardnerとJim Collinsらによる、遺伝的オン・オフスイッチ(engineered genetic toggle switch)、標準生物学的パーツ登録所（Registry of Standard Biological Parts）、iGEMなどが挙げられる。
システムを組み立てて、実際に機能するか調べる研究が行われている。Michael Elowitzは生きた細胞内で遺伝子がどう発現するかをモデル化し、同時に生きた細胞内にDNA断片を導入して観察し、両者を比較した。このような研究ではモデルを作製し実験結果を予測するために様々な数学的手法が用いられる。グラフ理論、ブーリアンネットワーク、常微分方程式、確率微分方程式、マスター方程式（精度を上げるため）などが用いられている。
合成生物学は、制限酵素の発見と分子生物学への応用から始まった。1978年、この功績に対し、ダニエル・ネーサンズ、ハミルトン・スミス、ヴェルナー・アーバーにノーベル生理学・医学賞が与えられた。このことに関し、科学雑誌Geneの編集者Wacław Szybalskiは次のようにコメントしている。「この制限酵素の研究は個々の遺伝子を解析するために遺伝子組み換え技術を可能にしたのみならず、既存の遺伝子だけでなく新しくアレンジされた遺伝子さえも作製して評価できる、合成生物学の新たな時代へと我々を誘ってくれた。」
合成生物学（ごうせいせいぶつがく、英語: synthetic biology）は、生物学と工学の学際的な分野である。構成的生物学や構成生物学とも呼ばれる。合成生物学の対象は、バイオテクノロジー、遺伝子工学、分子生物学、分子工学、システム生物学、生物物理学、化学工学、生物工学、電気工学、制御工学、ならびに進化生物学などの分野を組み合わせたものである。合成生物学は、研究、工学および医学への応用のための人工生物学的なシステムを構築するために、これらの分野を活用する。合成生物学は、幅広い研究領域を統合して生命を全体的に理解しようとする学問であったが、科学と工学の融合が進むにつれ、新しい生命機能あるいは生命システムをデザインして組み立てる分野も含むようになっていった。生物を設計する、作成する、操作することで生命への理解を深めるアプローチや、有用物質を生産するキメラの作製も主要なテーマとなっている。
さまざまな文化において、手を触れずに、遠隔の敵ないし獲物を仕留めることのできる弓矢は、ギリシャ神話や日本で「遠矢・遠矢射」といわれる力として特別視され、「エロスの弓矢」や「天之返矢」ように呪術的な意味が与えられた。さらには見えない魔物や魔を祓う、武器や楽器のように使用するものとして、「鳴弦」や現代に伝わる「破魔矢・破魔弓」などがあり、これらは神話・伝説などに登場する、弓矢の呪力の象徴とも言える。また日本においては、原始宗教のアニミズムが色濃く残っており、弓矢は吉凶を占う道具としての側面も持っている。中華文明圏において「強」「弱」という漢字に弓の字が使われているのは、それが武力の象徴であり、呪術用に特化して飾り物となった（弱の字は弓に飾りがついた姿を現している）武力を「弱」と捉えたことに注目できる。日本でも、このような弓の呪術性は、鳴弦という語に示され、平安時代に、宮中で夜間に襲来する悪霊を避けるために、武士たちによって、弓の弦をはじいて音を響かせる儀礼が行われていた。こうした用法から、世界各地で弓は弦楽器の起源の1つとなったと考えられ、儀式に用いる弓矢ではなく、本来の弓を楽器として用いる場合もあり、代表的な物としてハープは楽器ではあるが、弓を起源としその形態を色濃く残すものでもある。現在でも玄関や屋根に魔除けやお祓いや結界として、弓矢を飾る地方や人々をみることができるが、古くは『山城国風土記』逸文に流れてきた「丹塗りの矢」で玉依姫が身ごもり賀茂別雷神が生まれたという話があり、賀茂神社の起源説話にもなっている。丹塗りとは赤い色のことだが呪術的な意味を持っていたことが指摘される。望まれて抜擢されるという意味の「白羽の矢が立つ」とは、元は「神や物の怪の生け贄となる娘の選択の明示として、その娘の家の屋根に矢が立つ（刺さる）」という、日本各地で伝承される話から来ており、本来は良い意味ではなく、心霊現象としての弓矢を現している。 広く庶民に知られる話としては『平家物語』の鵺退治がある。話の内容は「帝（みかど）が病魔に侵されていたが、源義家が三度、弓の弦をはじいて鳴らすと悪霊は退散し帝は元に戻った。しかし病魔の元凶は死んではおらず帝を脅かし続けた。悪霊の討伐として抜擢された源三位入道頼政（源頼政）は、元凶である鵺（ぬえ）という妖怪・もののけを強弓、弓張月で退治した」というものだが、記述から弓矢には、楽器として悪霊を祓う力と武器として魔物を退治する力があると、信じられていたことが窺える。