Науке известно не более 10% от общего числа видов микроорганизмов, обитающих в природе. В результате применения капиллярной микроскопии, предложенной Б. В. Перфильевым и Д. Р. Габе (1961), были открыты виды микробов со своеобразной морфологией и необычной историей развития. Для развивающейся функциональной морфологии микроорганизмов характерно одновременное изучение тонких особенностей их строения, химического состава и биохимических свойств субклеточных структур (М. Н. Мейсель). В связи с бурным развитием молекулярной биологии, использовавшей в качестве своих классических объектов микроорганизмы, углубляются представления об их наследственности и изменчивости, путях биосинтеза ими различных веществ. Теоретическое и практическое значение приобрело изучение роста и развития микроорганизмов, в частности при их непрерывном культивировании (Н. Д. Иерусалимский, И. Л. Работнова). В ряде монографий обобщены результаты изучения определённых систематических групп микроорганизмов: актиномицетов (Н. А. Красильников), дрожжей (В. И. Кудрявцев), целлюлозных (Имшенецкий), молочнокислых (Е. И. Квасников), фотосинтезирующих (Е. Н. Кондратьева) и хемоавтотрофных (Г. А. Заварзин) бактерий. Ранний период (20—30-е гг.) развития технической микробиологии был связан с изучением брожений, лежащих в основе виноделия, винокурения, пивоварения, получения ацетона и бутанола, уксуса, молочной, лимонной кислот, производства кисломолочных продуктов, хлебопекарских дрожжей и т. д. Вклад в развитие технической микробиологии сделан В. Н. Шапошниковым, обосновавшим теорию двухфазности брожений. С 40-х гг. в СССР развивается микробиологическая промышленность, производящая антибиотики, аминокислоты, витамины, ферменты, стероидные гормоны, полисахариды (в т. ч. заменители крови), микробиологические средства борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений. Осуществляется производство кормового белка выращиванием дрожжей на гидролизатах древесины и организуется на продуктах нефти. С развитием микробиологической промышленности усилились исследования в области генетики и селекции полезных форм микроорганизмов, изучение их физиологии, путей биосинтеза физиологически активных веществ, а также различных разделов микробиологической технологии. Всё больше внимания уделяется борьбе с разрушением различных материалов и готовых изделий, вызываемым микроорганизмами и приносящим большой экономический ущерб.

Исследования ведутся в Институте микробиологии (1934) и Институте биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР (1965), институтах микробиологии академий наук союзных республик, в отраслевых институтах медицинской, сельскохозяйственной и технической микробиологии, на соответствующих кафедрах и в лабораториях университетов и учебных институтов.

Вирусология. Первая специальная вирусологическая лаборатория в СССР организована в 1930 В. Л. Рыжковым (по вирусам растений); в 1935 под рук. Л. А. Зильбера была создана центральная лаборатория по вирусам человека. Первая монография по вирусам животных принадлежит Н. Ф. Гамалее (1930), а по вирусам растений — Рыжкову (1933). В 1938 Рыжков и его сотрудники получили очищенный вирус табачной мозаики (ВТМ), что дало возможность изучать взаимодействие ВТМ с акридиновыми и другими красителями, а также получать производные ВТМ. Эти работы привели к представлению о том, что вирусные частицы (вирионы) — форма вируса, приспособленная к сохранению во внешней среде. Тогда же впервые в СССР были начаты работы по влиянию метаболитов и антиметаболитов на размножение ВТМ, что было важно для химиотерапии вирусных болезней. В 60— 70-е гг. изучается генетика вирусов, их репликация методами молекулярной биологии (В. И. Агол, Д. М. Гольдфарб, В. М. Жданов, Б. Ф. Поглазов, Т. И. Тихоненко и др.). Школа исследователей опухолевых вирусов создана Зильбером, а вирусов насекомых — Л. М. Тарасович. Теоретические работы по противовирусному иммунитету проводятся П. Н. Косяковым Г. И. Абелевым (см. раздел Здравоохранение).

Исследования ведутся в Институте вирусологии им. Д. И. Ивановского АМН СССР (1946) и других научно-исследовательских институтах, на кафедрах и в лабораториях вирусологии университетов и учебных институтов.

Палеонтология. С 30-х гг. развернулись исследования третичных, мезозойских и палеозойских ископаемых организмов на всей территории СССР. Принципиальная особенность современной палеонтологии — переход от палеофаунистических и палеофлористических исследований, подчинённых задачам биостратиграфии, к решению проблем эволюции крупных групп животных и растений и органического мира в целом. В палеозоологии одно из центральных мест занимает эволюция позвоночных животных. Детальные исследования вымерших рыб (Д. В. Обручев), земноводных, пресмыкающихся (А. П. Быстров, И. А. Ефремов, Л. П. Татаринов) и млекопитающих (А. А. Борисяк, Ю. А. Орлов) позволяют создать целостную картину развития позвоночных на протяжении почти всего фанерозоя. Обширный материал по мезозойским пресмыкающимся советскими учёными собран в Монголии. Развитие получила палеоэнтомология (А. В. Мартынов, Б. Б. Родендорф). Исследования по палеонтологии морских беспозвоночных не только пополнили знания по эволюции основных групп животных (фораминиферы, коралловые полипы, плеченогие, головоногие, двустворчатые и брюхоногие моллюски, граптолиты, иглокожие), представленных ископаемыми остатками, но и позволили наметить пути эволюции и географическое распространение морской фауны прошлых эпох. Особенно важны работы по истории развития фауны южных морей (Н. И. Андрусов, А. Г. Эберзин, Л. Ш. Давиташвили), представляющие как геологический (разведка нефти), так и эволюционно-биол. интерес. Комплексный подход к изучению фауны древних морских бассейнов характерен для палеоэкологов (Р. Ф. Геккер, Н. Н. Яковлев), изучающих эволюцию экосистем прошлых геологических эпох. Разрабатывается проблема развития жизни в древнейшие (докембрийские) геологические эпохи (А. Г. Вологдин, Б. С. Соколов).

В палеоботанике значение имеют работы по эволюции важнейших групп растений (А. Н. Криштофович, М. Ф. Нейбург и др.), а также изучение истории растит. покрова и распространения растительности (В. А. Вахрамеев, С. В. Мейен). Эти исследования обогатились применением метода спорово-пыльцевого анализа.

Для решения многих проблем важно правильное понимание условий захоронения и сохранения в отложениях остатков организмов. Этому посвящена разработанная И. Л. Ефремовым особая ветвь палеонтологии — тафономия (1950).

Основные исследования ведутся в Палеонтологическом (1930), Геологическом (1930), Ботаническом и Зоологическом институтах АН СССР, Институте геологии и геофизики Сибирского отделения АН СССР (1957), Институте палеобиологии АН Грузинской ССР (1957), в соответствующих лабораториях ряда других академических институтов, а также учреждений Министерства геологии СССР и на кафедрах вузов.

Биогеохимия. Основные понятия биогеохимии сформулированы В. И. Вернадским в 20-х гг. (завершающий основной труд «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» издан посмертно, в 1965); согласно его представлениям, важнейшая задача этой науки — разработка учения об организованности биосферы. Он исследовал роль организмов в миграции химических элементов в биосфере, в формировании среды жизни и влияние её геохимических факторов на эволюцию организмов. Биогеохимия базируется на идее о единстве организмов и геохимической среды. Доказано, что живое вещество является основным фактором круговорота химических элементов в биосфере. По Вернадскому, в результате развития человеческого общества и техники в биосфере возникла техносфера. Биосфера, включая техносферу, всё больше поглощается ноосферой — высшей стадией биосферы, в которой формы организации общества должны разумно управлять развитием жизни в единстве с геохимической средой с целью максимального использования человеком богатств биосферы без ущерба для её экосистем. На основе идей биогеохимии и учения о биосфере сформировалась советская биогеохимическая школа Вернадского. Разработан раздел биогеохимии — палеобиохимия (Я. В. Самойлов). Фундаментальные исследования по химическому элементарному составу организмов моря, по геохимии редких и рассеянных химических элементов в почвах провёл А. П. Виноградов. Он выдвинул идею существования биогеохимических провинций. Разработаны новые разделы — геохимическая экология и система биогеохимического районирования, являющиеся теоретической и методологической основой биогеохимического изучения биосферы. В почвах, кормах, пищевых продуктах изучены пороговые концентрации химических элементов, определяющие основные реакции организмов (изменчивость, нарушение обмена веществ, эндемические болезни). Изучается геохимическая экология многих групп организмов (В. В. Ковальский и др.). Исследования биологического значения многих микроэлементов обобщены в монографиях и монографических сборниках. Определены содержание микроэлементов в организмах, степень их участия в процессах обмена веществ и формы их соединений. Разработка проблем биогеохимии имеет большое народно-хозяйственное значение (применение микроудобрений, подкормка животных микроэлементами, повышающими продуктивность и предупреждающими эндемические заболевания, применение микроэлементов в ветеринарии и медицине).

Исследования ведутся в основном в Биогеохимической лаборатории Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР (1947).

Биохимия и молекулярная биология. Большое значение для развития биохимии в СССР имели работы А. Н. Баха по исследованию окислит. процессов в животных и растит. организмах; его теоретические положения по химии ферментов нашли применение в технологии пищевых продуктов животного и растит. происхождения. В 1924 А. И. Опариным была выдвинута гипотеза происхождения жизни на Земле, ряд положений которой экспериментально подтвержден в работах советских и зарубежных учёных. Эта проблема вышла за рамки биохимии и приобрела общебиологическое значение.

В 1925—29 A. Р. Кизель доказал несостоятельность широко распространённых в то время представлений о том, что основа протоплазмы всех клеток особый белок — пластин; это заложило основу для последующего изучения функциональной роли отдельных клеточных компонентов. Изучение процесса дыхания клеток позволило В. А. Энгельгардту установить (1930—31) прямую связь этого процесса с образованием эфиров неорганической фосфорной кислоты; тем самым были заложены основы современной биоэнергетики. В. А. Белицер (1939) показал, что процесс фосфорилирования сопряжён с транспортом электронов в дыхательной цепи. В биохимии белка крупное теоретическое значение имеют работы Д. Л. Талмуда и С. Е. Бреслера (нач. 40-х гг.), исследовавших строение глобул белка в растворах. Данные рентгеноструктурного анализа подтвердили правильность высказанной ими гипотезы о специфической ориентации гидрофильных и гидрофобных аминокислотных остатков в молекулах белка.

В биохимии растений и микроорганизмов успехи были достигнуты в исследовании процессов анаэробного обмена углеводов и дыхания у растений. С. П. Костычев в начале 20 в. открыл новые промежуточные продукты брожения, изучал сущность процессов обмена белков и фиксации азота. Ученики К. А. Тимирязева, разрабатывавшие проблемы биологического окисления (В. И. Палладин), азотистого обмена (Д. Н. Прянишников, В. С. Буткевич), обмена аргинина и мочевины, создали крупные биохимической школы. Путём прямого препаративного выделения нуклеиновых кислот у различных групп организмов (Кизель, А. Н. Белозерский и его школа) было окончательно доказано, что ДНК содержится не только в ядрах клеток животных, но и в клетках растений и микроорганизмов, что свидетельствует о единстве состава ядерного материала у всех живых существ. Большое значение имеют начатые в 30-х гг. исследования ферментативных процессов в живой клетке; показано, что их направленность во многом определяется пространственной разобщённостью ферментов и субстратов в протоплазме (Опарин, А. Л. Курсанов, В. Л. Кретович и др.). Исследования ферментного аппарата хлоропластов и механизмов биосинтеза белка в этих органоидах, а также физико-химических особенностей компонентов их белок-синтезирующего аппарата внесли вклад в понимание степени генетической автономии этих субклеточных структур (Кретович, Н. М. Сисакян и др.). Разрабатывались вопросы прикладной биохимии, главным образом промышленной: способы получения новых антибиотиков, методы их очистки, поиски условий, благоприятных для их синтеза, получение биологически активных соединений — витаминов, дефицитных аминокислот, нуклеотидов и т. д. Изучаются проблемы качества растительного сырья, его хранения, правильной обработки и эффективного использования. Достижениями технической биохимии являются: установление биохимических основ внесезонной ферментации табака и его последующей переработки, новая технология получения органических кислот из махорки, создание биохимических методов контроля в чайном производстве, усовершенствование технологии виноделия, разработка биохимических основ хранения и переработки сельскохозяйственных продуктов, создание новых методов извлечения витаминов из растительного, микробного и животного сырья, разработка научных основ получения и применения ферментных препаратов в пищевой и лёгкой промышленности.