分子生物學中最基本的技術是蛋白質的表達和純化。首先是編碼目的蛋白的DNA序列被克隆（用PCR技術和限制性內切酶）到作為表達載體的質粒中。隨後構建好的質粒被引入到宿主細胞。編碼序列在質粒上的特殊的啟動子元件的驅動下，被宿主細胞的表達系統所表達。質粒上通常還帶有抗生素抗性標簽以便於質粒篩選。
質粒可以被插入到細菌或動物細胞。外源DNA被引入細菌被稱為轉化，可以通過電穿孔法、微註射法、正吸收和融合來實現；外源DNA被引入真核細胞，如動物細胞，被稱為轉染，轉染技術包括磷酸鈣法、脂質體法和壹些有專利權的商用轉染試劑。DNA也可以以病毒或病原菌為載體被帶入宿主細胞；應用這種病毒或病菌的轉染技術於細胞時，用術語來說就是“對細胞進行轉導（transduce）”。
多聚酶鏈式反應(PCR)是壹項用於體外復制DNA的極為通用的技術。簡而言之，PCR技術可以使單鏈DNA被復制數百萬次，也允許用事先確定好的方式對被復制的DNA序列進行改動。例如，PCR技術可以用於引入限制性酶切位點，或者對特定的DNA堿基進行突變（改變）。PCR技術還可以用於從cDNA文庫獲得特定的DNA片斷，或者從另壹個角度，用於判斷壹個cDNA文庫中是否含有特定的DNA片斷。
凝膠電泳是分子生物學最主要的壹項技術。其基本原理是：DNA、RNA和蛋白質可以用電場來進行分離。在瓊脂糖凝膠電泳中，DNA和RNA可以被瓊脂糖凝膠按其分子大小進行分離。同樣，蛋白質可以被SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）按分子量大小分離；此外，蛋白質還可以由於所帶電荷的不同被等電聚焦電泳分離。