Sinh học truyền thống thường nghiên cứu từng gen, từng protein hoặc từng con đường sinh hóa riêng lẻ. Sinh học hệ thống lại có cách tiếp cận khác. Nó nghiên cứu sự tương tác giữa các thành phần của một hệ thống sinh học tổng thể. Nó đặt câu hỏi về cách thức các mạng lưới gen, protein và chất chuyển hóa hoạt động cùng nhau để tạo ra hành vi mà không một thành phần đơn lẻ nào có thể giải thích được. Toàn thể lớn hơn tổng các phần cấu thành.

Lĩnh vực này dựa trên dữ liệu quy mô lớn. Hệ gen học, hệ phiên mã học, hệ protein học và hệ chuyển hóa học tạo ra các tập dữ liệu khổng lồ. Các mô hình tính toán tích hợp dữ liệu đó vào các mạng lưới và mô phỏng. Các mô hình dự đoán cách hệ thống phản ứng với các tác động, chẳng hạn như thuốc hoặc đột biến. Chúng xác định các đặc tính mới nổi không rõ ràng từ các thành phần riêng lẻ.

Sinh học hệ thống được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Trong y học, nó xác định các mục tiêu điều trị và dấu ấn sinh học bằng cách xem xét các mạng lưới thay vì các gen đơn lẻ. Trong vi sinh học, nó mô hình hóa cách vi khuẩn phản ứng với thuốc kháng sinh. Trong ung thư, nó nghiên cứu các mạng lưới tín hiệu thúc đẩy sự phát triển của khối u. Trong sinh thái học, nó mô hình hóa sự tương tác giữa các loài. Phương pháp tiếp cận này mang tính toàn diện và định lượng.

Những thách thức nằm ở sự phức tạp và tích hợp dữ liệu. Các hệ thống sinh học rất nhiễu loạn, năng động và phụ thuộc vào ngữ cảnh. Các mô hình chỉ là sự đơn giản hóa. Dữ liệu từ các nguồn khác nhau có thể không so sánh được. Nhưng sinh học hệ thống đang trưởng thành và nó đang thay đổi cách chúng ta suy nghĩ về sinh học.