La bio-informatique est une discipline qui se situe à l'intersection des mathématiques, de l'informatique, des statistiques et de la biologie. Elle s'est développée grâce aux progrès technologiques qui donnent accès à un nombre croissant de données sur l'environnement, le génome et les variations des gènes. La bio-informatique permet d'analyser des données issues de l'information génétique contenue dans une séquence d'ADN ou dans les protéines qu'il code. Elle est également utilisée pour analyser et modéliser les interactions entre les gènes, les protéines, les cellules et les organismes grâce aux données fournies par les technologies d'analyse à haut débit telles la protéomique et la transcriptomique.

La biologie des systèmes consiste à intégrer différents niveaux d'information pour comprendre comment un système biologique fonctionne. Pour ce faire, les scientifiques étudient les relations et les interactions entre différentes parties d'un système (cellules, gènes, protéines) afin de pouvoir décrire le fonctionnement d'un système dans sa totalité. La technique de criblage à haut débit permet d'étudier les gènes et les protéines d'un organisme en quantifiant les changements dans le génome, le transcriptome, le protéome et le métabolome à la suite d'une perturbation quelconque.

L'étude des virus de bactéries, les bactériophages, a contribué à la naissance de la biologie moléculaire et a permis de mettre au jour les mécanismes moléculaires qui régissent la cellule. La biologie des virus a permis de mettre au point la thérapie génique pour traiter certaines maladies génétiques. Les scientifiques se tournent également vers les virus comme outils de lutte contre les infections bactériennes. De plus, leur étude nous permet de comprendre l'origine de la vie ainsi que l'émergence de la biodiversité sur la planète.

Grâce à l'étude de la structure et de la fonction des génomes des espèces, il est possible de caractériser et de comprendre les effets de la sélection naturelle sur l'organisation et l'évolution des génomes. Ce domaine de la recherche profite grandement de l'arrivée d'outils informatiques de plus en plus puissants. La génomique comparative permet la découverte de gènes et de leurs séquences régulatrices non codantes. Les travaux récents de séquençage de l'ADN ont montré que toutes les espèces vivantes ont de nombreux traits communs et que ce n'est pas tant la distance génétique qui importe, mais la combinaison et la hiérarchie des gènes qui créent la diversité du vivant.

La génomique est l'étude de la fonction et de l'expression des gènes séquencés par la caractérisation du transcriptome et du protéome. Ce travail permet de mieux comprendre la fonction biologique des gènes d'une cellule et, au final, d'appréhender l'effet du génome d'une espèce sur ses fonctions biologiques.

Un parasite vit aux dépens de son hôte, mettant la santé et la survie de ce dernier en danger. Cette action entraîne une réaction de l'hôte, qui tente de se défendre. Les chercheurs étudient ces interactions hôtes-parasites afin de comprendre ces relations antagonistes et l’évolution de cette course aux armements. Ultimement, les hôtes les plus résistants à ces parasites sont sélectionnés en fonction de leurs habiletés à déjouer les ravageurs. La compréhension de ces dynamiques présente un intérêt pour l'écologie évolutive, la santé, l'agriculture et la conservation des espèces.

L'étude des protéines qui résultent de la transcription des gènes est essentielle à la compréhension du fonctionnement et dysfonctionnement des organismes au niveau moléculaire. La connaissance fine des protéines ouvre la voie à la découverte de nouveaux agents thérapeutiques, de matériaux biodégradables, de bioréacteurs de détoxification ou encore de biocatalyseurs industriels moins polluants que ceux utilisés actuellement.