Biologiassa käytetään malleja kuvaamaan todellisuutta. Mallien tarkoituksena on kuvata ja yksinkertaistaa biologisia ilmiöitä niin, että ne on helpompi ymmärtää ja niiden tutkimus on helpompaa. Suurin osa malleista on käsitteellisiä: ne kuvaavat eri käsitteiden suhdetta toisiinsa. Mallit voivat olla myös konkreettisia esineitä.

Esimerkiksi Watson ja Crick rakensivat DNA:n kuvantamisen avulla kolmiulotteisen molekyylimallin (vasemmanpuoleinen kuva). Toisaalta esimerkiksi viruksen rakenteita voidaan mallintaa mm. elektronimikroskopian ja tietokonemallinnuksen avulla (oikeanpuoleinen kuva).


Vasemmalla: Yksi ensimmäisistä DNA-malleista. Oikealla: Viruksen rakenteita voidaan mallintaa mm. elektronimikroskopian ja tietokonemallinnuksen avulla.

Tieteelliset mallit saavat merkityksensä tutkimuksen aikana. Esimerkiksi geeni tarkoittaa eri tieteenaloilla eri asiaa: molekyylibiologi käsittelee geeniä DNA-molekyylinä, kun taas populaatiogeneetikko tutkii populaation tasolla geeniä periytymisen yksikkönä.

Osa malleista on epätarkempia ja osa taas hyvin tarkkaan muotoiltuja. Esimerkiksi vuorovaikutusmallit tai matemaattiset mallit ovat tarkkaan määriteltyjä.

Mallien avulla voidaan tehdä simulaatioita, eli ennustuksia siitä, mitä tulevaisuudessa tulee tapahtumaan. Esimerkiksi populaation kasvua voidaan matemaattisesti mallintaa erilaisilla yhtälöillä ja näin laskea, miten tulevaisuudessa eri lajien yksilömäärät muuttuvat tai tartuntataudit leviävät.

Vuorovaikutusmalleilla, kuten ravintoverkoilla tai geenien vuorovaikutusverkoilla, voidaan arvioida miten muutos yhdessä mallin osassa vaikuttaa muun mallin toimintaan. Esimerkiksi tietyn lajin häviäminen ekosysteemistä tulee vaikuttamaan muiden lajien yleisyyteen ja koko ekosysteemin toimintaan.


​
Ravintoverkko on esimerkki ekologisesta vuorovaikutusmallista. Ympyröillä esitetään tuottajia, neliöillä 1.asteen kuluttajia, vinoneliöillä 2. ja ylemmän asteen kuluttajia ja huippupeto tähdellä. Hajottajat on merkitty kolmiolla. Hajottajat palauttavat ravinteet tuottajien käyttöön. Ravintoketjut linkittyvät ravintoverkoiksi.

Tieteessä teoriaa käytetään hyvin eri tavalla kuin arkipuheessa. Teoria on laajan ilmiön kokonaisselitys. Teorian pitäisi pystyä selittämään suuri osa kokeellisista havainnoista mahdollisimman yksinkertaisella tavalla. Teoriasta pystytään johtamaan ennusteita, joita voidaan testata tutkimuksella.

Teoriaa voidaan tarkentaa uusien tulosten avulla, mutta joskus teoria kumoutuu uudemmalla teorialla, joka selittää havainnot paljon paremmin. Moderni evoluutioteorian synteesi on esimerkki hyväksytystä tieteellisestä teoriasta.