อณูชีววิทยา หรือ ชีววิทยาระดับโมเลกุล (อังกฤษ: molecular biology) เป็นการศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้าง และการทำงานของหน่วยพันธุกรรม ในระดับโมเลกุล เป็นสาขาที่คาบเกี่ยวกันระหว่างชีววิทยาและเคมี โดยเฉพาะสาขาพันธุศาสตร์และชีวเคมี อณูชีววิทยามุ่งเน้นศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างระบบต่าง ๆ ภายในเซลล์ ซึ่งรวมถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างการสังเคราะห์ ดีเอ็นเอ อาร์เอ็นเอ และโปรตีน และรวมถึงว่าขบวนการเหล่านี้ถูกควบคุมอย่างไร
นักวิจัยทางด้านอณูชีววิทยาใช้ความรู้และเทคนิคจากหลายสาขาในงานวิจัย เช่น ชีวเคมี พันธุศาสตร์ ชีววิทยาเชิงฟิสิกส์ และคอมพิวเตอร์ รวมกันเพื่อสร้างองค์ความรู้ในอณูชีววิทยา
Polymerase chain reaction (PCR) เป็นกระบวนการสังเคราะห์ชิ้นส่วนดีเอ็นเอในหลอดทดลอง ซึ่งเลียนแบบการสังเคราะห์ดีเอ็นเอในสิ่งมีชีวิต ผู้คิดค้นเทคนิคพีซีอาร์ คือ แครี มัลลิส (Karry Mullis) โดยส่วนมากรู้จักเทคนิคนี้ในเรื่องของการเพิ่มปริมาณของสารพันธุกรรม หรือดีเอ็นเอ
โดยใช้เครื่อง PCR machine หรือ Thermal cycler นั่นเอง
เป็นเทคนิคทางชีวเคมีอีกเทคนิคหนึ่งที่สำคัญยิ่งแยกชีวโมเลกุลของสิ่งมีชีวิตในสนามไฟฟ้า (ไหลจากขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟไปยังขั้วบวก) เทคนิคนี้แบ่งออกได้หลายแบบตามชนิดของเจลและรูปแบบของการใช้งาน เช่น เทคนิคอิเล็กโทรโฟรีซิสแบบอกาโรสเจล (Agarose gel electrophoresis) ใช้แยก DNA
Sodium Dodecyl Sulfate Polyacrylamide gel electrophoresis ใช้แยกโปรตีน ฯลฯ
