合成生物學設計並建構新的生物元件和系統。它將DNA視為程式語言，將細胞視為可編程的底盤。它不研究已存在的事物，而是創造不存在的事物。該領域融合了分子生物學、工程學、電腦科學和化學。它雄心勃勃、充滿爭議，並且發展迅速。

這項工作涉及多種方法。標準化的DNA元件（稱為生物磚）可以組裝成基因迴路。基因合成技術可以從頭開始建構基因和基因組。代謝工程可以重定向細胞代謝以生產新的化合物。基因組編輯和合成技術可以創造出基因組最小化或重新設計的生物。其目標是實現可預測性和可控性。

合成生物學已經創造出許多有用的成果。基因工程酵母可以生產青蒿酸，它是抗瘧疾藥物的前驅物。基因工程細菌可以生產生質燃料和生物塑膠。基因工程細胞可以檢測環境污染物，並透過螢光訊號進行報告。合成基因迴路在研究中用於研究基因調控，在醫學上用於對免疫細胞進行程式設計。

該領域引發了許多擔憂。基因工程改造的生物體可能會逃脫並破壞生態系統。合成病原體可能被用作武器。工程改造與創造生命之間的界線模糊不清。相關法規仍在完善之中。合成生物學威力強大，其後果將取決於如何有效監管。