لطالما ركز علم الأحياء على دراسة جين واحد، أو بروتين واحد، أو مسار حيوي واحد في كل مرة. أما علم الأحياء النظمي فيتبنى منهجًا مختلفًا، إذ يدرس التفاعلات بين مكونات النظام البيولوجي ككل. ويتساءل عن كيفية عمل شبكات الجينات والبروتينات والمستقلبات معًا لإنتاج سلوك لا يمكن تفسيره بمكون واحد. فالكل أكبر من مجموع أجزائه.

يعتمد هذا المجال على البيانات الضخمة. إذ تُنتج علوم الجينوم، والترانسكريبتوم، والبروتيوم، والميتابولوم مجموعات بيانات هائلة. وتُدمج النماذج الحاسوبية هذه البيانات في شبكات ومحاكاة. وتتنبأ هذه النماذج بكيفية استجابة النظام للاضطرابات، مثل الأدوية أو الطفرات الجينية. كما تُحدد خصائص ناشئة لا تظهر بوضوح من المكونات الفردية.

يُستخدم علم الأحياء النظمي في العديد من المجالات. ففي الطب، يُحدد أهداف الأدوية والمؤشرات الحيوية من خلال دراسة الشبكات بدلاً من الجينات المفردة. وفي علم الأحياء الدقيقة، يُحاكي كيفية استجابة البكتيريا للمضادات الحيوية. وفي علم السرطان، يدرس شبكات الإشارات التي تُحفز نمو الأورام. وفي علم البيئة، يُحاكي التفاعلات بين الأنواع. هذا النهج شامل وكمي.

تكمن التحديات في التعقيد وتكامل البيانات. فالأنظمة البيولوجية معقدة وديناميكية وتعتمد على السياق. والنماذج تبسيطية، وقد لا تكون البيانات من مصادر مختلفة قابلة للمقارنة. لكن علم الأحياء النظمي يتطور ويتغير، وهو يغير نظرتنا إلى علم الأحياء.