המחקר במחלקה לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית נערך במעבדות של 24 קבוצות מחקר בראשות 12 חברי סגל ו-12 פרופסורים גימלאים. תחומי המחקר של קבוצות אלה מגוונים אך מאופינים בשימוש במתודולוגיות ביוכימיות, ביולוגיה מולקולרית וביולוגיה תאית על מנת לחקור תהליכים פיזיולוגים ופתולוגים מרמת האורגניזם השלם עד הרמה המולקולרית, כמו גם פיתוח של דרכי פעולה לריפוי מחלות שנות ופיתוח סוכנים להעברת תרופות באופן ממוקד. נושאי המחקר העיקריים כוללים חקר העברת אותות במערכת העצבים דרך תעלות יונים, נשאים וחלבוני ממברנה אחרים; הבנת מנגנוני ויסות ושינויים מטבולים כמו חוסר חמצן וקרינה; התמינות של תאי עצם; חקר תהליכי הזדקנות ומחלות מוח ניווניות; חקר תהליכים סרטניים; חקר מחלות מטבוליות כמו סוכרת, שומנים בדם ומחלות אחסון; חקר מחלות דלקתיות ואלרגיות כמו אסתמה; חקר מחלות זיהומיות הנגרמות על ידי נגיפים וחיידקים; פיתוח מערכות לאספקה בררנית וממוקדת של תרופות, פיתוח טיפול ממוקד בסרטן, טרשת נפוצה, וכאב, ופיתוח חיסונים נגיפים.