Biologi secara tradisional mempelajari satu gen, satu protein, atau satu jalur metabolisme pada satu waktu. Biologi sistem mengambil pendekatan yang berbeda. Biologi sistem mempelajari interaksi antara komponen-komponen suatu sistem biologis secara keseluruhan. Biologi sistem mempertanyakan bagaimana jaringan gen, protein, dan metabolit bekerja bersama untuk menghasilkan perilaku yang tidak dapat dijelaskan oleh satu komponen saja. Keseluruhan lebih besar daripada jumlah bagian-bagiannya.

Bidang ini bergantung pada data skala besar. Genomik, transkriptomik, proteomik, dan metabolomik menghasilkan kumpulan data yang sangat besar. Model komputasi mengintegrasikan data tersebut ke dalam jaringan dan simulasi. Model-model tersebut memprediksi bagaimana sistem merespons gangguan, seperti obat atau mutasi. Mereka mengidentifikasi sifat-sifat yang muncul yang tidak terlihat jelas dari komponen individual.

Biologi sistem digunakan di banyak bidang. Dalam kedokteran, biologi sistem mengidentifikasi target obat dan biomarker dengan melihat jaringan, bukan gen tunggal. Dalam mikrobiologi, biologi sistem memodelkan bagaimana bakteri merespons antibiotik. Dalam kanker, biologi sistem mempelajari jaringan sinyal yang mendorong pertumbuhan tumor. Dalam ekologi, biologi sistem memodelkan interaksi antar spesies. Pendekatan ini bersifat holistik dan kuantitatif.

Tantangannya adalah kompleksitas dan integrasi data. Sistem biologis bersifat bising, dinamis, dan bergantung pada konteks. Model hanyalah penyederhanaan. Data dari berbagai sumber mungkin tidak dapat dibandingkan. Namun, biologi sistem sedang berkembang, dan hal ini mengubah cara kita berpikir tentang biologi.