Biyolojik üretim, yukarı akış işlemesiyle başlar. Bu aşamada hücreler kültüre edilir ve ürün oluşturulur. Hücreler bakteri, maya, böcek hücreleri veya memeli hücreleri olabilir. Kontrollü koşullar altında biyoreaktörlerde yetiştirilirler. Amaç, hücre yoğunluğunu ve ürün verimini en üst düzeye çıkarmaktır. Aşağı akıştaki her şey burada olanlara bağlıdır.

Üretim öncesi işlem birkaç aşamadan oluşur. Hücre hattı geliştirme, kararlı ve yüksek verimli bir hücre hattı oluşturur. Tohum kültürü, hücreleri küçük bir şişeden üretim biyoreaktörü için yeterince büyük bir hacme kadar çoğaltır. Besiyeri optimizasyonu, hücrelerin ihtiyaç duyduğu besinleri sağlar. Sıcaklık, pH, çözünmüş oksijen ve besleme stratejisi gibi işlem parametreleri, verimliliği en üst düzeye çıkarmak için kontrol edilir. Üretim biyoreaktörü birkaç litreden binlerce litreye kadar değişebilir.

İfade sisteminin seçimi önemlidir. Bakteriler hızlı ve ucuzdur ancak karmaşık translasyon sonrası modifikasyonları gerçekleştiremezler. Maya proteinleri modifiye edebilir ancak insan hücreleriyle aynı şekilde değil. Memeli hücreleri doğru şekilde katlanmış ve modifiye edilmiş proteinler üretir ancak yavaş ve pahalıdır. Böcek hücreleri bazı aşılar ve proteinler için kullanılır. Seçim ürüne bağlıdır.

Üretim öncesi aşama, biyolojinin mühendislikle buluştuğu yerdir. Koşullardaki küçük değişiklikler, verim ve kalite üzerinde büyük etkilere sahip olabilir. Dikkatli izleme ve kontrol gerektiren karmaşık ve dinamik bir süreçtir.