Η βιολογία παραδοσιακά μελετά ένα γονίδιο, μία πρωτεΐνη ή μία οδό κάθε φορά. Η συστημική βιολογία υιοθετεί μια διαφορετική προσέγγιση. Μελετά τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών ενός βιολογικού συστήματος στο σύνολό του. Διερευνά πώς δίκτυα γονιδίων, πρωτεϊνών και μεταβολιτών συνεργάζονται για να παράγουν συμπεριφορά που κανένα μεμονωμένο συστατικό δεν μπορεί να εξηγήσει. Το σύνολο είναι κάτι περισσότερο από το άθροισμα των μερών του.

Ο τομέας βασίζεται σε δεδομένα μεγάλης κλίμακας. Η γονιδιωματική, η μεταγραφωμική, η πρωτεωμική και η μεταβολομική δημιουργούν τεράστια σύνολα δεδομένων. Τα υπολογιστικά μοντέλα ενσωματώνουν αυτά τα δεδομένα σε δίκτυα και προσομοιώσεις. Τα μοντέλα προβλέπουν πώς το σύστημα ανταποκρίνεται σε διαταραχές, όπως ένα φάρμακο ή μια μετάλλαξη. Εντοπίζουν αναδυόμενες ιδιότητες που δεν είναι προφανείς από μεμονωμένα στοιχεία.

Η συστημική βιολογία χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς. Στην ιατρική, προσδιορίζει φαρμακευτικούς στόχους και βιοδείκτες εξετάζοντας δίκτυα και όχι μεμονωμένα γονίδια. Στη μικροβιολογία, μοντελοποιεί τον τρόπο με τον οποίο τα βακτήρια αντιδρούν στα αντιβιοτικά. Στον καρκίνο, μελετά τα δίκτυα σηματοδότησης που οδηγούν στην ανάπτυξη του όγκου. Στην οικολογία, μοντελοποιεί τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ειδών. Η προσέγγιση είναι ολιστική και ποσοτική.

Οι προκλήσεις είναι η πολυπλοκότητα και η ενσωμάτωση δεδομένων. Τα βιολογικά συστήματα είναι θορυβώδη, δυναμικά και εξαρτώνται από το περιβάλλον. Τα μοντέλα είναι απλοποιήσεις. Τα δεδομένα από διαφορετικές πηγές μπορεί να μην είναι συγκρίσιμα. Αλλά η συστημική βιολογία ωριμάζει και αλλάζει τον τρόπο που σκεφτόμαστε τη βιολογία.