Công nghệ sinh học sử dụng các hệ thống sống để sản xuất sản phẩm ở quy mô công nghiệp. Đó là cách sản xuất insulin, vắc-xin, enzyme cho chất tẩy rửa quần áo và một số loại nhựa và hóa chất được tổng hợp. Các hệ thống sống thường là vi khuẩn, nấm men hoặc tế bào động vật có vú được biến đổi gen. Chúng được nuôi cấy trong các bể lớn, được cung cấp chất dinh dưỡng và được sử dụng để sản xuất phân tử mong muốn.

Quá trình này gồm nhiều giai đoạn. Giai đoạn đầu chuẩn bị tế bào và môi trường nuôi cấy. Quá trình lên men hoặc nuôi cấy tế bào giúp tế bào phát triển và tạo ra sản phẩm. Giai đoạn cuối tinh chế sản phẩm, loại bỏ tế bào, mảnh vụn và tạp chất. Mỗi giai đoạn phải được kiểm soát chính xác. Nhiệt độ, độ pH, nồng độ oxy và chất dinh dưỡng ảnh hưởng đến năng suất. Sự nhiễm bẩn có thể làm hỏng một lô hàng trị giá hàng triệu đô la.

Sản xuất sinh học là ngành đòi hỏi vốn đầu tư lớn. Một cơ sở sản xuất duy nhất có thể tiêu tốn hàng trăm triệu đô la và mất nhiều năm để xây dựng. Ngành này cũng chịu sự quản lý chặt chẽ. Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) và Cơ quan Dược phẩm Châu Âu (EMA) đặt ra các tiêu chuẩn về thực hành sản xuất tốt. Mỗi lô sản phẩm phải được kiểm tra về thành phần, độ tinh khiết, hiệu lực và độ an toàn.

Lĩnh vực này đang phát triển khi ngày càng nhiều sản phẩm chuyển từ tổng hợp hóa học sang sản xuất sinh học. Thách thức nằm ở quy mô. Những gì hiệu quả trong bình một lít cũng phải hiệu quả trong bể chứa 10.000 lít. Điều đó không phải lúc nào cũng dễ dàng.