Lịch sử sinh học
Sinh học vào thế kỷ 20 > Hóa sinh học, vi sinh vật học và sinh học phân tử > Nguồn gốc của sinh học phân tử

Cùng với sự phát triển của di truyền học cổ điển, nhiều nhà sinh học - cộng với các nhà vật lý học trong lĩnh vực này - đã theo đuổi câu hỏi về gen và bản chất vật lý của nó. Warren Weaver, người đứng đầu bộ phận khoa học của Quỹ Rockefeller - một tổ chức nổi tiếng trong việc tài trợ cho các lĩnh vực khoa học, đã đặt ra thuật ngữ sinh học phân tử cho những phương pháp này vào năm 1938. Nhiều đột phá sinh học quan trọng trong những năm 1930 và 1940 đã được tài trợ bởi Quỹ Rockefeller.
Giống như ngành hóa sinh, các ngành khoa học về vi khuẩn học và virus học (sau này được kết hợp thành ngành vi sinh vật học), vốn đang nằm trung gian giữa khoa học và y học, đã phát triển nhanh chóng vào đầu thế kỷ 20. Việc phân lập thành công thực khuẩn thể (phage) nhờ công của Félix d'Herelle trong Thế chiến I đã khởi động một phong trào nghiên cứu lâu dài tập trung vào phage và vi khuẩn mà chúng xâm nhiễm.
Phát triển các sinh vật tiêu chuẩn, đồng nhất về mặt di truyền nhằm tạo ra các kết quả thí nghiệm đáng tin cậy là nhiệm vụ cấp bách cho sự phát triển của di truyền phân tử. Sau những nghiên cứu ban đầu với ruồi giấm và ngô, việc sử dụng các hệ thống mô hình đơn giản hơn, chẳng hạn như mốc bánh mì Neurospora crassa, đã bắc cầu nối giữa di truyền với sinh hóa, nổi bật nhất là với giả thuyết một gen-một enzyme của Beadle và Tatum vào năm 1941. Nghiên cứu di truyền trên các dạng sống đơn giản hơn nữa như virus khảm thuốc lá và phage, với sự hỗ trợ bởi các công nghệ mới như kính hiển vi điện tử và máy siêu ly tâm, đã khiến các nhà khoa học phải suy nghĩ về ý nghĩa và bản chất của "sự sống". Sự di truyền virus và tái tạo cấu trúc tế bào nucleoprotein bên ngoài nhân ("plasmagene") là phức tạp hơn nhiều so với lý thuyết nhiễm sắc thể Mendel đang được công nhận.
Vào năm 1943, Oswald Avery chỉ ra rằng: DNA có khả năng là vật liệu di truyền của nhiễm sắc thể, chứ không phải protein. Vấn đề này đã được giải quyết dứt điểm với thí nghiệm Hershey-Chase năm 1952, đây cũng là một trong nhiều đóng góp của một nhóm các nhà khoa học xoay quanh nhà vật lý-sinh học Max Delbrück hay còn được gọi là "nhóm phage". Năm 1953, James Watson và Francis Crick, dựa trên công trình của Maurice Wilkins và Rosalind Franklin, cho rằng cấu trúc của DNA là một chuỗi xoắn kép. Trong bài báo nổi tiếng "Cấu trúc phân tử của acid nucleic", Watson và Crick đã rụt rè viết rằng, "Chúng tôi cũng muốn nêu ra rằng sự kết cặp đặc hiệu mà chúng tôi đề xuất có thể ngay lập tức gợi ý một cơ chế sao chép có thể có cho vật liệu di truyền". Sau năm 1958, thí nghiệm Meselson-Stahl đã khẳng định: DNA sao chép theo mô hình bán bảo toàn. Một điều rõ ràng với hầu hết các nhà sinh học là: trình tự acid nucleic phải bằng cách nào đó xác định trình tự amino acid trên protein; với câu hỏi này, nhà vật lý George Gamow đề xuất rằng: có một bộ mã di truyền cố định là cầu nối giữa protein và DNA. Từ năm 1953 đến 1961, do hiểu biết về trình tự sinh học là rất ít ỏi, bất kể là DNA hoặc protein, cộng với sự phức tạp khi khám phá ra vai trò trung gian của RNA, đề xuất một bộ mã hợp lý gần như là bất khả thi. Để thực sự hóa giải được loại mật mã bí ẩn này, một loạt các thí nghiệm quy mô lớn về sinh hóa và di truyền vi khuẩn đã được thực hiện từ năm 1961 đến năm 1966, quan trọng nhất là công trình của Nirenberg và Khorana.