一、基因工程
基因工程（又称为DNA重组）是指根据人们的意愿对不同生物的基因在体外进行切割、拼接和重新组合，然后再导人受体细胞内进行繁殖，使重组基因在受体细胞内表达以产生出人们所希望的基因产物，或创造出具有新的遗传特征的生物类型。由于基因是脱氧核糖核酸（DNA）分子上的各个特定片断，不同基因的遗传信息存在于各自片断上的碱基排列顺序之中，因此，基因的精确复制，保证了遗传信息的代代相传。基因通过转录出的信使——核糖核酸（RNA），又可指导合成特定的蛋白质，使基因得以表达，去完成特定的生命活动。
多少个世纪以来，人类通过人工选择、杂交育种等手段，虽然培育出众多集父本、母本的优良特性于一身的生物新品种，但这种常规的育种手段却很难按照人们预定的意愿去定向改变生物的遗传特征。而基因工程的出现，却使得人类克服了物种间的遗传屏障，找到了一种能定向培育、改造生物新品种的方法。通过DNA重组技术对有机体的操作，可以将新的遗传信息转入另一机体，借以改造植物的特性和改良家畜品种；或生产安全而高效的药物；或制作预防严重疾病的疫苗；或对疑难病进行基因治疗；或制作一系列用于食品、轻工的蛋白质等。
如果说基因工程通过基因操作把外源基因导入适当的生物体内进行表达而得到的新产品，只是一种该基因编码的天然存在的蛋白质的话，那么，于1983年开始出现的、建立在基因工程基础上的蛋白质工程，则是利用基因工程的手段，按照人类自身的意愿，定向地改变天然蛋白质，或创造自然界本不存在但却具有优良特性的新蛋白质，从而向人们展示了一种具有广阔应用领域的新产业的诱人前景。今天，生物技术之所以能够在众多的高技术领域中占有极其重要的地位，成为现代技术革命的生力军，主要就在于基因工程技术的发展和被誉为“第二代基因工程”的蛋白质工程的兴起。
二、细胞工程
细胞是生物体的最小组成单位和功能单位。细胞工程是采用与工程设计类似的方法，运用精巧的细胞学技术，有目的地改造细胞的遗传结构，培育出所需动植物品种或具有某些新性状的细胞群体。这项技术涉及的面很广，主要包括细胞培养、细胞融合、细胞重组和遗传物质转移等。
细胞培养是细胞工程中的基本技术，它是把某生物体内的细胞取出，然后接种在特制的容器内，并给予必要的培养和生长环境，使其在容器内继续生长和增殖。细胞培养通常用于建立种子库及进行无性系快速繁殖和生产有用化学物质等方面的研究与应用，也可通过细胞的遗传变异性所获得的变异细胞系而用于遗传学和遗传工程等方面的研究。
细胞融合又称细胞杂交，是指在一定条件下将两个以上细胞融合为一个细胞的过程。融合过程大体是这样的：首先是细胞在促融因子作用下出现凝集现象，通过质膜的粘连开始融合，然后在培养过程中发生核融合，形成杂种细胞。1975年，两位英国科学家利用自己创立的杂交瘤技术得到有单一、纯化和高特异性的单克隆抗体。由于这种抗体在医学临床诊断及治疗上具有极其重要的作用，因此，它的问世被誉为是现代免疫学上的一次重大技术革命。随着细胞融合技术的日益成熟，现在不仅动植物种内或种间可以杂交，动物和植物细胞之间也可以杂交。
细胞重组是在体外条件下，运用一定的实验技术从活细胞中分离出各种细胞的结构或组成“部分”，然后把它们在不同细胞之间重新进行装配，使之成为具有生物活性的另一细胞。
遗传物质转移是指基因在细胞水平上的转移。目前在动植物中进行基因转移的方法主要有载体法、直接导入法，另外还有电激导入法和激光导入法等。
三、酶工程
酶工程是指在一定的生物反应器中，利用酶的催化作用，将相应的原料转化为所需产品。由于酶是一种在生物体内具有新陈代谢的催化作用的蛋白质，其催化效率比一般无机催化剂要高出千百倍，因此，它不仅反应效率高，节约能源，还可以避免环境污染。
早期酶工程所用的各种酶制剂主要是从动物、植物和微生物材料中提取，再进行分离、纯化而制取的。20世纪70年代以后，酶的固定化技术有所突破，使第二代酶——固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速得到应用。
目前，第三代酶包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统，正在成为酶工程应用领域的主角。酶工程技术也已广泛应用于制造精细化工产品、医药用品、化学检测和环境保护等领域，酶工程的产业化水平和效益在现代生物技术的应用中成效相当显著。
日常生活中所使用的加酶洗衣粉、嫩肉粉和各类甜味剂等，均为酶工程的具体应用。
四、发酵工程
发酵工程是指利用微生物的特定性状，采用现代工程技术的方法，在生物反应器中生产人类所需的产品。
很早以前人类就发现，酒暴露在空气中会变酸，米饭加曲两三天后就会生成酒，并把这种现象称为发酵。早期的发酵通常是一种厌氧发酵过程，如酒精、啤酒、丙酮、丁醇和乳酸等均为厌氧发酵产品，由于不需要供氧，其设备和工艺流程相对要简单一些。现代发酵工业则是指微生物在比较现代化的好氧与厌氧环境中生长繁殖代谢以获得产品的过程。其中，好氧发酵是指微生物发酵过程中需要消耗大量氧气，以供代谢的需要，如味精、赤霉素、土霉素等的制备就属此类，其生产设备和工艺流程相对要复杂一些。发酵工程的基本原理是单一菌种在培养基中的纯培养，培养和保存优良的生产菌种是发酵工艺的首要任务。由于不同种类的反应是由不同类别的微生物引起的，如葡萄酿酒是酵母菌的作用、葡萄生产味精则是杆菌的作用，而且不同的微生物要求不同的生活条件，因此，选择菌种和控制好生活环境，是使发酵达到预期效果的关键。
五、现代生物技术的特点与发展趋势
（一）现代生物技术的特点
现代生物技术最显著的特点是它打破了几千年来远缘物种不能杂交的屏障，使得人们可以任意地将一种基因引入生命体而赋予它新的遗传特征。比如，将某种细菌的毒蛋白基因引入棉花，可使其获得抗虫害的性能；将某种病毒基因引入烟草、蔬菜，可获得抗病毒的植物新品种；将生长激素基因引入鱼或猪，可获得快速生长的鱼或瘦肉型猪，等等。
现代生物技术提供的新手段，不仅可以直接进行基因或蛋白质的人工合成，还可以利用微生物来大量生产可对某些疑难疾病进行预防、诊断和治疗的有用蛋白质，甚至还可以对各个层次的蛋白质分子进行设计和改造，使之成为人类所需要的有优良特性的新蛋白质。尤其是基因工程技术的出现，使得人体内含量极微又难于提取的某些蛋白质如与人类疾病密切相关的被称为干扰素的多肽类物质，现在可以用大肠杆菌发酵来大量生产，从而为大量制造人类生物活性物质——基因工程药物开创了一条全新的途径。
现代生物技术还提供了一种基因治疗手段。在基因水平上进行治病防病，对治疗遗传病、恶性肿瘤等疑难病往往有意想不到的效果。据不完全统计，到1995年12月止，全世界在临床应用上采用基因疗法已达175例，其中美国125例，欧洲48例，日本和我国各1例。
利用现代生物技术还可以生产某些基因工程产品，由于其所用的资源是菌种，而菌种可以无限大量地繁殖，消耗的能量也很低，因此，这种基于生命体可以无限复制而形成的生物技术产业，相对于其他高技术产业而言，不仅投资少、产值高、周期短、见效快，而且还不会造成环境污染。
