Biologia edistyi tieteenä huimaa vauhtia 1900-luvulla. Esimerkiksi tietämys proteiinien ja entsyymien toiminnasta sekä ihmiselimistön fysiologiasta lisääntyi. Merkittävä edistysaskel modernille biologialle tapahtui 1950-luvulla, kun James Watson ja Francis Crick selvittivät DNA:n rakenteen ja sen merkityksen Rosalind Franklinin tutkimusten avulla.

Francis Crick (keskellä) ja James Watson (oikealla) saivat Nobelin lääketieteen palkinnon 1962 DNA-molekyylin rakenteen ja sen merkityksen selvittämisestä.

Ekologia tieteenä syntyi vasta 1900-luvun alussa, kun väestötieteen ajatuksia alettiin soveltaa luontoon. Ensin tutkijat kehittivät populaatioiden kasvun ja lajien välisten vuorovaikutusten matemaattisia malleja. Vuosisadan puolivälistä lähtien kehitettiin ekosysteemin käsitettä, kun populaatioista ja aineiden kierrosta saatiin lisää tietoa. Ekologian pohjalta 1900-luvun loppupuolella kehittyi ympäristötiede.

Evoluutioteoria kehittyi moderniksi synteesiksi 1900-luvun puolivälissä, kun Darwinin evoluutioteoriaan yhdistettiin genetiikkaa sekä monia muita biologian aloja, kuten systematiikkaa ja ekologiaa. 1900-luvun puolivälin jälkeen evoluutiobiologia ja ekologia erkaantuivat molekyyli- ja solubiologiasta, mutta 1900-luvun lopulla kehittyneet molekyylibiologian tutkimusmenetelmät ovat tuoneet näitä aloja lähemmäksi toisiaan.

2000-luvulla biologinen tutkimus on ottanut suuria edistysaskelia, kun erilaiset laskennalliset menetelmät ovat helpottuneet tietotekniikan kehittymisen myötä. Esimerkiksi genetiikassa on mahdollisuus käsitellä valtavan suuria DNA-aineistoja ja kokonaisten eliöiden toimintaa voidaan mallintaa systeemibiologian avulla. Systeemibiologia hyödyntää tietotekniikkaa ja matemaattista mallintamista biologiseen tiedon käsittelyssä, jolloin voidaan nähdä ja tarkastella biologisia kokonaisuuksia. Systeemibiologiassa pyritään esimerkiksi ymmärtämään geenien ja niiden tuottamien proteiinien toiminta- ja vaikutusmalleja. Systeemibiologian avulla voidaan esimerkiksi selvittää sairauksien syntymekanismeja esimerkiksi leukemian eri muodoissa. Lisäksi erilaiset simulaatiot ja tietokonemallit ovat kehittäneet ymmärrystä esimerkiksi ekosysteemin toiminnasta. Myös bioteknologia on kasvava tieteenala, jossa hyödynnetään biologisia eliöitä ja niiden osia teollisuudessa ja lääketieteessä.

2000-luvulla puhutaan monesti biologian lisäksi myös biotieteistä. Biotiede on biologiaa laajempi tieteenala, johon kuuluvat biologian lisäksi sen lähitieteet, esimerkiksi biokemia ja biofysiikka. Biotiede on kehittynyt 2000-luvulla erittäin nopeasti uusien menetelmien ansiosta synnyttäen uusia tutkimusaloja ja kaupallista toimintaa. Erityisesti synteettinen biologia on vaikuttanut teolliseen biotekniikkaan muun muassa uudenlaisten tuotantoprosessien kautta. Synteettinen biologia on monitieteinen tieteenala, jossa suunnitellaan sellaisia soluja, solun osia tai eliötä, joita ei löydy luonnosta. Sen avulla voidaan valmistaa esimerkiksi biopolttoaineita ja lääkekemikaaleja. Synteettinen biologia yhdistää biologisen tiedon tietotekniikan ja insinööritieteiden osaamiseen.


Koronaviruksen (SARS-CoV-2) aiheuttaman pandemian tukahduttaminen vaatii muun muassa biotieteiden tutkijoiden laaja-alaista yhteistyötä.