Sinh học ngày nay đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu lớn, phức tạp bao gồm nhiều chuyên ngành hẹp. Ở đây, chúng tôi muốn đề cập đến 4 nhóm ngành chính trong Sinh học.

1. các ngành nghiên cứu cấu trúc cơ bản của hệ thống sống: như tế bào, gene v.v.;
2. nhóm ngành nghiên cứu sự vận hành, hoạt động của các cấu trúc này ở cấp độ mô, cơ quan (organ) và cơ thể (body);
3. nhóm quan tâm đến sinh vật và lịch sử phát triển của các sinh vật;
4. nhóm ngành xem xét các mối quan hệ, tương tác giữa các hệ thống sống.

Tuy nhiên, các ranh giới và phân chia chuyên ngành trên chỉ có tính ước lệ. Trong thực tế, các ranh giới này là không rõ ràng và thường xuyên có sự vay mượn về kỹ thuật, thuật ngữ, nguyên lý chung giữa các chuyên ngành.

Cấu trúc của sự sống

Mô hình một tế bào động vật điển hình với rất nhiều các bào quan (organelle) và cấu trúc khác nhau

Sinh học phân tử là một môn khoa học nghiên cứu giới sinh vật ở mức độ phân tử.[42] Phạm vi nghiên cứu của môn này có sự giao thoa với các ngành khác trong sinh học đặc biệt là di truyền học và hoá sinh. Sinh học phân tử chủ yếu tập trung nghiên cứu mối tương tác giữa các hệ thống cấu trúc khác nhau trong tế bào, bao gồm mối quan hệ qua lại giữa quá trình tổng hợp của DNA, RNA và protein và tìm hiểu cách thức điều hòa các mối tương tác này.

Tiến tới phạm vi lớn hơn, tế bào học nghiên cứu các cấu trúc và đặc tính sinh lý của tế bào, bao gồm các hành xử bên trong, tương tác với các tế bào khác, và với môi trường mà chúng ở. Nghiên cứu được thực hiện ở cấp độ hiển vi lẫn cấp độ phân tử, đối với các sinh vật đơn bào như vi khuẩn, cũng như đối với các tế bào chuyên biệt của sinh vật đa bào như ở con người.

Thành phần cấu tạo nên tế bào và cách thức tế bào vận hành là một trong những hướng nghiên cứu chính của khoa học sự sống. Sự giống nhau và khác nhau giữa các loại tế bào cũng được nghiên cứu trong sinh học phân tử và tế bào học. Những sự giống và khác nhau cơ bản tạo nên một bộ khung kiến thức chung mà người ta có thể áp dụng cho các loài tế bào khác cũng như quy nạp cho tất cả các loại tế bào.

Di truyền học là khoa học về gene, tính di truyền và biến dị (variation) của sinh vật.[43][44] Gene mã hóa thông tin cần thiết của tế bào cho quá trình tổng hợp các protein. Protein là nhóm phân tử đóng vai trò quan trọng (nhưng không phải là hoàn toàn) quy định kiểu hình của sinh vật. Di truyền học cũng cấp các phương pháp nghiên cứu các chức năng của một gene nhất định, hoặc phân tích tương tác di truyền. Mọi sinh vật đều lưu giữ thông tin di truyền ở trong nhiễm sắc thể dưới dạng trình tự các nucleotide của phân tử DNA hoặc lưu giữ ở RNA.

Sinh học phát triển nghiên cứu quá trình sinh vật sinh trưởng (growth) và phát triển (development). Có nguồn gốc từ bộ môn phôi học, sinh học phát triển ngày nay nghiên cứu sự điều khiển về mặt di truyền các quá trình sinh trưởng tế bào (cell growth), biệt hóa tế bào (cellular differentiation) và tạo hình (morphogenesis). Quá trình này tiếp diễn ở mức lớn hơn tạo thành các mô, cơ quan, hệ cơ quan. Sinh vật mô hình dùng trong sinh học phát triển bao gồm giun tròn Caenorhabditis elegans,[45] ruồi giấm Drosophila melanogaster,[46] cá ngựa Danio rerio,[47] chuột Mus musculus[48] và cây Arabidopsis thaliana.[49][50] (Sinh vật mô hình là một loài được nghiên cứu kỹ lưỡng nhằm tìm hiểu những hiện tượng sinh học đặc biệt, với hy vọng rằng các khám phá ở trên sinh vật này mang lại hiểu biết cho nghiên cứu những sinh vật khác.[51])

Cấu trúc, chức năng của cơ thể sống

Giải phẫu học là một bộ môn quan trọng của hình thái học và quan tâm đến cấu trúc và tổ chức của các hệ cơ quan trong cơ thể động vật. Đó là hệ thần kinh, hệ miễn dịch, hệ nội tiết, hệ hô hấp và hệ tuần hoàn...[52]

Sinh lý học nghiên cứu các quá trình cơ học, vật lý và hoá sinh xảy ra trong cơ thể các sinh vật sống bằng cách xem xét hoạt động của tất cả các cấu trúc, bộ phận trong sinh vật hoạt động như thế nào.[53] Sinh lý học được phân chia thành 2 bộ môn nhỏ là sinh lý học thực vật và sinh lý học động vật nhưng các nguyên lý về sinh lý học mang tính tổng quát đối với tất cả các loài sinh vật. Ví dụ, nhưng kiến thức về sinh lý tế bào nấm cũng có thể áp dụng đối với các tế bào người. Lĩnh vực sinh lý học động vật sử dụng các công cụ và phương pháp cho cả sinh lý học người cũng như các động vật khác. Sinh lý học thực vật cũng sử dụng một số kỹ thuật nghiên cứu của các bộ môn trên.[54] Sinh lý học nghiên cứu tương tác làm thế nào mà, ví dụ, hệ thần kinh, hệ miễn dịch, hệ nội tiết, hệ hô hấp và hệ tuần hoàn. hoạt động và tương tác với nhau. Kiến thức từ việc nghiên cứu các hệ này được sử dụng trong các bộ môn định hướng chữa trị như thần kinh học và miễn dịch học.

Sự đa dạng và tiến hóa của sinh vật

Trong di truyền học quần thể, sự phát triển số lượng của một quần thể sinh vật lúc tăng lúc giảm như trên đường đồi núi. Những mũi tên chỉ hướng phát triển ưu tiên của quần thể, các điểm A, B và C là các điểm cực thịnh. Quả cầu đỏ miêu tả quần thể đang phát triển từ một điểm thấp lên đến đỉnh cực đại của một peak.

Sinh học tiến hóa nghiên cứu nguồn gốc và tổ tiên của các loài, cũng như các thay đổi của chúng theo thời gian.

Sinh học tiến hóa là một lĩnh vực sinh học đa ngành vì rằng nó bao gồm các nhà khoa học từ nhiều chuyên môn khác nhau theo định hướng phân loại học. Ví dụ, thông thường mỗi nhà phân loại học thường chuyên về một nhóm sinh vật nhất định như là động vật có vú, chim (ornithology), hoặc bò sát (herpetology). Mặc dù nghiên cứu trên các đối tượng khác nhau nhưng các nhà phân loại học vẫn cùng giải quyết những vấn đề chung trong tiến hóa.

Sinh học tiến hóa cũng bao hàm cả lĩnh vực cổ sinh vật học. Các nhà cổ sinh vật học thường sử dụng các mẫu vật để lý giải về mô hình và hiện trạng của sự tiến hóa, cũng như các thuyết tiến hóa hoặc thuyết về di truyền quần thể.

Vào thập niên 1990, sinh học phát triển cũng trở thành một phần của sinh học tiến hóa để phát triển thành một ngành có tên là sinh học phát triển trong tiến hóa (evolutionary developmental biology).

Ngoài ra, một số ngành liên quan đến sinh học tiến hóa là phát sinh chủng loài học (phylogenetics), hệ thống học và phân loại học.

Trong phân loại học, người ta thường chia thành hai bộ môn lớn là thực vật học và động vật học. Thực vật học là môn học về cây cối. Thực vật học bao hàm nhiều lĩnh vực nghiên cứu về thực vật như quá trình sinh trưởng, sinh sản, trao đổi chất, phát sinh hình thái (morphogenesis development), bệnh học thực vật và tiến hóa.

Động vật học là ngành học liên quan đến các loài động vật, bao gồm sinh lý học, giải phẫu học và phôi học. Các cơ chế phát triển và di truyền chung của cả động vật và thực vật được nghiên cứu trong sinh học phân tử, di truyền phân tử và sinh học phát triển. Sinh thái học về động vật được nghiên cứu bởi sinh thái học tập tính (behavioral ecology) và các ngành khác.

Phân loại học

Cách phân loại loài phổ biến hiện nay. Vực hay thường gọi hơn là Lãnh giới

Phân loại Linnaean hiện là hệ thống phân loại chính, bao gồm các cấp bậc phân loại và danh pháp 2 phần. Tên của một loài sinh vật được thống nhát thông qua các Hệ thống mã danh pháp quốc tế cho thực vật (International Code of Botanical Nomenclature, ICBN), Hệ thống mã danh pháp quốc tế cho động vật (International Code of Zoological Nomenclature, ICZN) và Hệ thống mã danh pháp quốc tế cho vi khuẩn (International Code of Nomenclature of Bacteria, ICNB). Hiện nay, người ta đang cố gắng chuẩn hóa 3 chuẩn quốc tế trên trong BioCode. Tuy nhiên hệ thống mã phân loại và danh pháp của virus (International Code of Virus Classification and Nomenclature, ICVCN) vẫn nằm ngoài BioCode.

Nhiều sự kiện biệt hóa tạo ra một hệ thống có cấu trúc cây về các mối quan hệ giữa các loài. Vai trò của hệ thống học là nghiên cứu các mối quan hệ và sự khác biệt và tương đồng giữa các loài và các nhóm loài.[55] Tuy nhiên, các hệ thống học đã từng là một lĩnh vực nghiên cứu năng động trong thời gian dài trước khi những tư tưởng tiến hóa học trở nên phổ biến.[56]

Theo truyền thống, các sinh vật sống được chia thành 5 giới:: Monera; Protista; Fungi; Plantae; Animalia.[57] Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học hiện xem cách phân loại 5 giới này đã lỗi thời. Các hệ thống phân loại học hiện đại ban đầu với 3 vực: Archaea (vi khuẩn cổ); Bacteria (vi khuẩn Eubacteria) và Eukaryota (bao gồm sinh vật nguyên sinh, nấm, thực vật và động vật)[58] Các vực này phản ảnh liệu các tế bào có nhân hay không có nhân, cũng như sự khác biệt về thành phần hóa học của lớp bên ngoài tế bàor.[58]

Tiếp theo, các giới được chia thành các đơn vị nhỏ hơn theo thứ tự:Vực (Domain); Giới (Kingdom); Ngành (Phylum); Lớp (Clas); Bộ (Order); Họ (Familia); Chi (Genus); Loài (Species).

Các mối quan hệ hữu sinh

Một lưới thức ăn là hệ thống các chuỗi thức ăn đan xen với nhau thông qua một số mắt xích chung, miêu tả mối quan hệ phức tạp giữa các sinh vật trong một hệ sinh thái.

Sinh thái học nghiên cứu sự phân bố và sinh sống của các sinh vật sống và mối quan hệ qua lại giữa các sinh vật với nhau và với môi trường sống.[59] Môi trường sống của một sinh vật bao gồm các yếu tố vô sinh như khí hậu và địa chất cũng như các yếu tố hữu sinh là các sinh vật sống trong cùng một ổ sinh thái.[60] Các hệ sinh thái thường được nghiên cứu ở nhiều cấp độ khác nhau từ cá thể (individual) và các quần thể cho đến các hệ sinh thái và sinh quyển. Sinh thái học là môn khoa học đa ngành, nghĩa là dựa trên nhiều ngành khoa học khác nhau.

Tập tính học nghiên cứu các hành vi của động vật (đặc biệt trong xã hội của loài vật như ở khỉ và chó sói, do đó đôi khi bộ môn này được coi là một nhánh của động vật học. Các nhà tập tính học nghiên cứu chủ yếu quá trình tiến hóa của hành vi và kiến thức về tập tính học tuân theo thuyết chọn lọc tự nhiên. Một trong những người đặt nền móng cho tập tính học hiện đại là nhà tập tính học Charles Darwin với cuốn sách mang tựa đề "Sự bộc lộ cảm xúc ở động vật và người".[61]

• Animalia - Bos primigenius taurus
• Planta - Triticum
• Fungi - Morchella esculenta
• Stramenopila/Chromista - Fucus serratus
• Bacteria - Gemmatimonas aurantiaca (- = 1 Micrometer)
• Archaea - Halobacteria
• Virus - Gamma phage