Biologie tradičně studovala jeden gen, jeden protein nebo jednu metabolickou dráhu v daném okamžiku. Systémová biologie volí jiný přístup. Studuje interakce mezi složkami biologického systému jako celku. Zabývá se tím, jak sítě genů, proteinů a metabolitů spolupracují a vytvářejí chování, které žádná jednotlivá složka nedokáže vysvětlit. Celek je více než součet jeho částí.

Tato oblast se spoléhá na rozsáhlá data. Genomika, transkriptomika, proteomika a metabolomika generují rozsáhlé datové sady. Výpočetní modely integrují tato data do sítí a simulací. Modely předpovídají, jak systém reaguje na poruchy, jako je lék nebo mutace. Identifikují emergentní vlastnosti, které nejsou zřejmé z jednotlivých složek.

Systémová biologie se používá v mnoha oblastech. V medicíně identifikuje cíle léčiv a biomarkery zkoumáním sítí spíše než jednotlivých genů. V mikrobiologii modeluje, jak bakterie reagují na antibiotika. V rakovině studuje signální sítě, které řídí růst nádorů. V ekologii modeluje interakce mezi druhy. Tento přístup je holistický a kvantitativní.

Výzvami jsou složitost a integrace dat. Biologické systémy jsou hlučné, dynamické a závislé na kontextu. Modely jsou zjednodušení. Data z různých zdrojů nemusí být srovnatelná. Systémová biologie však dospívá a mění způsob, jakým o biologii přemýšlíme.