Biyoloji geleneksel olarak tek bir geni, tek bir proteini veya tek bir yolu incelemiştir. Sistem biyolojisi ise farklı bir yaklaşım benimser. Biyolojik bir sistemin bileşenleri arasındaki etkileşimleri bir bütün olarak inceler. Gen, protein ve metabolit ağlarının, tek bir bileşenin açıklayamayacağı davranışları nasıl birlikte ürettiğini sorgular. Bütün, parçalarının toplamından daha fazladır.

Bu alan büyük ölçekli verilere dayanmaktadır. Genomik, transkriptomik, proteomik ve metabolomik, devasa veri kümeleri üretir. Hesaplamalı modeller bu verileri ağlara ve simülasyonlara entegre eder. Modeller, sistemin bir ilaç veya mutasyon gibi bozulmalara nasıl tepki vereceğini tahmin eder. Bireysel bileşenlerden açıkça görülemeyen ortaya çıkan özellikleri belirlerler.

Sistem biyolojisi birçok alanda kullanılmaktadır. Tıpta, tek tek genler yerine ağlara bakarak ilaç hedeflerini ve biyobelirteçleri belirler. Mikrobiyolojide, bakterilerin antibiyotiklere nasıl tepki verdiğini modeller. Kanser araştırmalarında, tümör büyümesini yönlendiren sinyal ağlarını inceler. Ekolojide, türler arasındaki etkileşimleri modeller. Yaklaşım bütünsel ve niceldir.

Karşılaşılan zorluklar karmaşıklık ve veri entegrasyonudur. Biyolojik sistemler gürültülü, dinamik ve bağlama bağımlıdır. Modeller basitleştirmelerdir. Farklı kaynaklardan gelen veriler karşılaştırılabilir olmayabilir. Ancak sistem biyolojisi olgunlaşıyor ve biyoloji hakkında düşünme biçimimizi değiştiriyor.