分子生物學最基本的技術是蛋白質的表達和純化。首先，將編碼目的蛋白的DNA序列克隆(使用PCR技術和限制性內切酶)到作為表達載體的質粒中。然後將構建的質粒導入宿主細胞。編碼序列由宿主細胞的表達系統表達，該表達系統由質粒上的特殊啟動子元件驅動。質粒通常帶有抗生素抗性標簽，以便於質粒篩選。
質粒可以插入細菌或動物細胞中。將外源DNA導入細菌稱為轉化，可通過電穿孔、顯微註射、陽性吸收、融合等方法實現。將外源DNA導入真核細胞，如動物細胞，稱為轉染。轉染技術包括磷酸鈣法、脂質體法和壹些獲得專利的商業轉染試劑。DNA也可以被病毒或病原菌帶入宿主細胞。當這種病毒或病原體轉染技術應用於細胞時，術語是“轉導細胞”。
聚合酶鏈式反應(PCR)是壹種非常常見的體外復制DNA的技術。簡而言之，PCR技術可以使單鏈DNA被復制數百萬次，也可以讓復制的DNA序列以預定的方式被修飾。例如，PCR技術可用於引入限制性位點或突變(改變)特定的DNA堿基。PCR技術還可以從c DNA文庫中獲得特定的DNA片段，或者從另壹個角度判斷壹個cDNA文庫中是否含有特定的DNA片段。
凝膠電泳是分子生物學中最重要的技術。基本原理是DNA、RNA、蛋白質可以通過電場分離。在瓊脂糖凝膠電泳中，DNA和RNA可以根據它們的分子大小被瓊脂糖凝膠分離。類似地，蛋白質可以通過SDS - PAGE分離。此外，由於電荷不同，蛋白質也可以用等電聚焦電泳分離。