Tutkimustyötä voidaan tehdä laboratoriossa, maastossa tai mallintamalla tutkittavaa ilmiötä teoreettisesti esimerkiksi tietokoneella. Tutkimustulokset julkaistaan alan ammattikirjallisuudessa artikkeleina useimmiten englannin kielellä. Näin tutkijat voivat seurata alan uusimpia tutkimustuloksia. Biologia on kansainvälinen ala, joten tiedeyhteisön jäsenet tapaavat muita alan asiantuntijoita ja kollegoita eri puolilla maailmaa järjestettävissä konferensseissa.

Laboratoriossa tehtävä tutkimus on usein kokeellista tutkimusta.  Laboratoriokokeissa voidaan selvittää asioiden syy-seuraussuhteita tavalla, joka on helpompaa kuin maastossa. Kokeita tehdään laboratorio-olosuhteissa usein elävissä eliöissä (in vivo). Toisaalta tutkimuksia voidaan tehdä elävistä eliöistä eristetyissä kudoksissa, soluissa tai biomolekyyleissä (in vitro) sekä tietokonemallinnuksina (in silico).


Laboratoriossa tehdään usein kokeita elävistä eliöistä eristetyillä kudoksilla, soluilla tai biomolekyyleillä.

Maastossa tehtävässä tutkimuksessa korostuu usein havaintojen tekeminen. Maastossakin voidaan tehdä kokeellista tutkimusta, mutta tällöin on yleensä vaikea pitää kaikkia muuttujia vakioina. Maastokokeet ja -havainnot antavat kuitenkin usein realistisemman kuvan ilmiöstä. Biologisten ilmiöiden syvällinen ymmärtäminen vaatii kuitenkin usein sekä maasto- ja laboratoriotutkimusta että tietokonemallinnuksia.


In vivo -tutkimus tehdään elävässä eliössä, esimerkiksi koe-eläinten avulla.

Monet merkittävimmistä biologisista keksinnöistä ovat lähteneet liikkeelle sattumalta tehdystä havainnosta. Esimerkiksi vuonna 1928 Alexander Flemingin kasvattamaan bakteeriviljelmään oli päässyt homekasvustoa, minkä seurauksena kyseisen viljelmän bakteerit tuhoutuivat. Fleming ihmetteli havaintoaan ja lähti tutkimaan, mistä se johtui. Hän esitti olettamuksen, että home oli erittänyt ympäristöönsä kemiallista ainetta, joka oli tappanut bakteerit.

Fleming tutki hypoteesiaan koejärjestelyjen avulla ja päätyi siihen, että Penicillium-sukuun kuuluva home tappoi bakteerit. Tästä havainnosta ja Flemingin tekemästä tutkimuksesta kehitettiin yksi 1900-luvun merkittävimmistä keksinnöistä, penisilliini (antibiootti). Flemingin sanotaan todenneen nöyränä oivalluksestaan: "Ainoa saavutukseni on, että en jättänyt havaintoa huomioimatta ja jatkoin asian tutkimista.”


Bakteerien kasvatusta veriagar-liuoksessa.