生命过程中的化学——生物化学是当前许多化家学正在从事的极富挑战性的前沿领域。生物体就是一个“化工厂”，它吸取原料（食物和养分），然后在体内利用自己的化学加工能力，将那些养分转变成能获得自身生存和活动所需要的各种各样的产物。一般认为在生物体内发生的化学反应均为酶催化反应，由于这些反应涉及的都是大分子反应，因此对这些化学反应的详细理解和利用，只有在分子水平上对其进行研究才能实现。由于化学家现在已经能够认识并合成大量的、极其复杂的生物分子，如：化学家利用X射线结晶学方法获得酶以及酶和底物结合状态的化学结构图像，同时也能合成胰岛素和人体生长激素等具有生物活性的生物大分子，因此，今天化学家已具有在分子水平上从事生命化学过程研究的能力，这方面工作的进展将对人类的健康、动物的健康以及农业生产有着巨大的影响。目前主要集中在以下三个方面：酶催化反应中的受体——底物之间的相互作用，生物膜上的化学反应和基因工程。
生物体中的酶催化反应中的关键步骤是受体底物之间的相互作用，它是所有生物化学过程的选择性中间步骤。例如，蛋白质受体（酶、抗体、生物膜或细胞内的受体）有选择地同一个或几个底物（酶底物、抗原、激素、神经传导体及简单的分子或离子）相互作用。要理解和掌握这些过程，就需要通过化学手段再从分子水平上对其进行详尽的阐明，使人们能够分离并鉴定这些底物的结构，合成可用量的这些物质；借助物理化学以及生物学手段去分析底物—受体间的相互作用，同时改造底物的结构，以适合所需的用途。我们可以预见到这些物质在医学和生物学上具有重大应用价值，例如，要使药物能阻止某些酶的作用，药物设计时要使它和正常的底物相似，并让其和酶的作用力大于正常的底物，这就能保持药物分子占有酶而阻止正常底物和酶的结合，达到完全阻止某些不希望发生的生化反应。
描述细胞膜上进行的化学反应称为向量化学，由于这类反应在生命体系（细胞和组织）中具有重要意义，反应的发生依赖于反应物的空间分离（例如，通过一种膜），使之分成不同的浓度区。弄清穿过膜的浓度梯度与化学键的生成、断裂之间的关系是理解这类化学反应的关键。无论从合成还是从机械水平上看，都需要有有效的化学模型才能弥补机械生物学当前研究工作的不足。这方面的进展将直接应用于药理动力学和药物在体内的传输。
基因工程，当分子生物学家发现某些影响DNA的天然酶的作用之后，就能利用它实现限制性内切酶对DNA进行定位切断，而用连接酶将DNA片断重新连接起来（或定位嵌入）。在对DNA和RNA的序列合成和对基因片断的结构分析以及分离技术的发展过程中，化学家无疑将会起越来越重要的作用，他们将利用这些成就从分子水平上阐明基因化学，这方面的进展会带来巨大的经济效益和社会效益。人类的许多疾病是由于基因表达的缺陷引起的。例如，根据对癌细胞中的遗传变异的信息研究，可以帮助我们找到治疗癌症的新药。现在认为人的衰老过程中的某些破坏性基因可能是由一些基因产物的活性所致。因此，鉴定这些基因的功能对老年病患者有很大的帮助。