Phân tử sinh học là bất kỳ phân tử hữu cơ được sản xuất bởi một sinh vật sống, hay từ các tế bào bao gồm các phân tử lớn như đại phân tử protein, polysaccharides, và axit nucleic, cũng như các phân tử nhỏ như metabolit, metabolit thứ cấp, và các sản phẩm tự nhiên. Tên gọi chung cho lớp của các phân tử là một chất hữu cơ. Các phân tử hữu cơ, phân tử sinh học bao gồm chủ yếu là cacbon và hydro, nitơ và oxy, và với một mức độ nhỏ hơn, phosphor và lưu huỳnh. Các nguyên tố khác đôi khi được kết hợp với phân tử hữu cơ, nhưng ít phổ biến hơn.