В биохимии животных и человека важную роль сыграли работы учеников и последователей А. Я. Данилевского. В. С. Гулевич в 20-е гг. исследовал азотистые небелковые вещества мышц и открыл ряд новых соединений (карнозин, карнитин и др.). Эти работы развиты в трудах С. Е. Северина и его школы. Большое значение имеют работы Я. О. Парнаса с сотрудниками по биохимии мышц и промежуточному обмену (с 30-х гг.). В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова (1939) открыли ферментативную активность актомиозина (расщепление богатой энергией АТФ) и постулировали её роль в мышечном сокращении; эти данные позволили на новой основе начать экспериментальную разработку проблемы использования химической энергии для выполнения механической работы. Впоследствии аналогичная аденозинтрифосфатазная активность была найдена у ряда других сократительных белков. В 1937 А. Е. Браунштейн и М. Г. Крицман открыли процесс переаминирования, один из важнейших путей синтеза аминокислот, и установили роль пиридоксальфосфата в функционировании участвующих в этом процессе ферментов — аминотрансфераз. Важное значение для понимания биохимии нервной системы и нервно-мышечных взаимодействий имели работы А. В. Палладина, Г. Е. Владимирова и Д. Л. Фердмана. Состав липидов нервной системы как в фило- и онтогенетическом аспекте, так и в динамике при различных функциональных состояниях исследовали Е. М. Крепе и его сотрудники (с 40-х гг.). В годы Великой Отечественной войны 1941—1945 проводились работы, имеющие практическое значение, в частности по свёртыванию и консервированию крови (Б. А. Кудряшов, Г. Е. Владимиров С. Е. Северин). К середине 20 в. достигнуты успехи в изучении биохимии крови, её дыхательной функции (Б. И. Збарский с сотрудниками), а также гормонов (Н. А. Юдаев, В. С. Ильин, А. М. Утевский), минеральных веществ, в частности микроэлементов, их распространения в организмах, физиологической роли, механизма действия и регулирующих влияний на ферментативные реакции и процессы обмена веществ (С. Я. Капланский, А. И. Войнар). Важное значение для программы космических исследований в СССР имели результаты анализа специфических изменений физиологических функций и обмена веществ человека и животных в условиях космического полёта, под действием невесомости (В. В. Парин, О. Г. Газенко и др.). С конца 50-х гг. многие традиционно биохимические проблемы разрабатываются также молекулярной биологией и биоорганической химией. Границы между этими дисциплинами часто условны.

В молекулярной биологии, вычленившейся из биохимии в середине 20 в. в связи с развитием новых методов исследования, основополагающие работы выполнены ещё в 30—40-х гг. Энгельгардт и Любимова открыли АТФазную активность актомиозина, т. е. его способность гидролизовать АТФ, и на основе этого впервые дали объяснение биологическим явлениям (мышечное сокращение) в молекулярных терминах. Белозерский осуществил ряд важных работ по нуклеиновым кислотам растений и бактерий. В 50—60-е гг. создан ряд специальных институтов, что обусловило дальнейшее развитие молекулярной биологии. Была установлена первичная структура некоторых транспортных РНК (А. А. Баев и др.), расшифрована первичная структура ряда белков (Ю. А. Овчинников с сотрудниками), в том числе одной из трансаминаз (Браунштейн, Овчинников с сотрудниками), а также установлена пространственная структура пепсина (Н. С. Андреева с сотрудниками) и ряда других белков. Исследования нуклеотидного состава РНК разного происхождения способствовали открытию информационной РНК у бактерий (А. Н. Белозерский и А. С. Спирин). Открыт новый тип РНК — ядерная проматричная РНК — высокомолекулярный предшественник РНК животной клетки (Г. П. Георгиев с сотрудниками). В цитоплазме и ядре открыты и детально изучены структура и функции рибонуклеопротеидов, содержащих иРНК (информосомы) (Спирин, Георгиев с сотрудниками). Осуществлена частичная самосборка рибосом, изучаются закономерности функционирования их в процессе синтеза белка (Спирин с сотрудниками). Описан новый тип регуляции процессов транскрипции, положит. регуляция путём узнавания ферментом РНК-полимеразой определ. участков ДНК (Р. Б. Хесин с сотрудниками). Выполнен ряд важных работ по молекулярной генетике и физикохимии биополимеров. Осуществляются работы по использованию достижений молекулярной биологии в генной инженерии, вирусологии и онкологии.

Исследования ведутся главным образом в АН СССР (Институт биохимии им. А. Н. Баха, 1935; Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова, 1964; Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева, 1934; Институт молекулярной биологии, 1957; Институт биоорганической химии им. М. М. Шемякина, 1959; Институт белка, 1967); институтах биохимии академий наук союзных республик, АМН СССР (Институт биологической и медицинской химии, Институт экспериментальной эндокринологии и химии гормонов, Институт питания, Институт экспериментальной медицины), ВАСХНИЛ и институтах ряда министерств (здравоохранения, сельского хозяйства, пищевой промышленности и др.), межфакультетской лаборатории биоорганической химии МГУ, в лабораториях и на кафедрах университетов и учебных институтов.

Биофизика. Под руководством П. П. Лазарева, создавшего первую советскую школу биофизиков, проводились исследования в области ионной теории возбуждения живых тканей, предложенной им в 1916. В 20-е гг. А. А. Гурвичем были проведены вызвавшие широкую дискуссию исследования ультрафиолетового свечения биологических систем (т. н. митогенетическое излучение); в 50—60-е гг. изучалось сверхслабое свечение ряда животных и растительных объектов в видимой области спектра (Ю. А. Владимиров, Б. Н. Тарусов с сотрудниками). Вопросы аккомодации и конвергенции глаза, его чувствительности к разным лучам спектра разрабатывались в лаборатории С. В. Кравкова. Механизмы элементарных фотофизических процессов и фотохимических реакций, а также люминесценции белков изучались в лаборатории А. Н. Теренина. Открыта реакция обратимого фотохимического восстановления хлорофилла и его аналогов (А. А. Красновский). В 70-е гг. успешно разрабатываются: молекулярная биофизика (физические и физико-химические свойства макромолекул и молекулярных комплексов, М. В. Волькенштейн, Л. А. Блюменфельд, Н. С. Андреева и др.), биофизика клетки (физико-химические основы функций клетки и её органоидов, Г. М. Франк, Б. Н. Тарусов и др.), биофизика процессов управления и регуляции (изучение и моделирование регуляторных и управляющих систем организмов, И. М. Гельфанд и др.), биофизика мышечного сокращения (Франк и др.), биофизика органов чувств, и др. Создаются приборы и машины для массового автоматического исследования биологических структур

(Г. Р. Иваницкий и др.).

В 1919—32 исследования велись в Институте биологической физики Наркомздрава РСФСР (с 1929 — институт физики и биофизики), в 1932—44 в ВИЭМ, с 1934 в Агрофизическом научно-исследовательском институте ВАСХНИЛ, с 1952 главным образом в Институте биологической физики АН СССР и других институтах научного центра биологических исследований АН СССР в Пущине Московской области, в академиях наук союзных республик, АМН СССР, на кафедрах биофизики МГУ и других вузов.

Радиобиология. В первые годы Советской власти работы велись в основном в рентгенологическом и радиологическом институтах и были связаны с задачами лучевой терапии рака. В 1925 было открыто мутагенное действие ионизирующей радиации Г. А. Надсоном и Г. С. Филипповым, подтвержденное работами советских и зарубежных учёных. Установлена возможность применения ионизирующих излучений для повышения урожайности сельскохозяйственных растений В 40-х гг., в связи с достижениями в использовании атомной энергии, началось интенсивное развитие радиобиологии, сформировавшейся в самостоятельную науку. Усилия советских учёных направлены на разработку мер профилактики и лечения лучевой болезни (Г. М. Франк, П.Д. Горизонтов и др.). Большое внимание уделяется биологической и химической защите человека от вредного действия ядерных излучений. Предложены новые активно действующие защитные вещества. В 40— 50-е гг. был сформулирован принцип попадания в радиобиологии (Н. В. Тимофеев-Ресовский), открыто явление клеточного восстановления после действия ионизирующей радиации (В. И. Корогодин, М. Н. Мейсель), выявлена роль радиотоксинов в развитии лучевого поражения. Исследованы функциональные нарушения ЦНС под влиянием облучения (А. В. Лебединский, М. Н. Ливанов и др.). Выяснение механизмов начальных процессов, возникающих в облученных организмах, привело к ряду теоретических обобщений. Развита генетическая теория лучевой болезни (Б. Л. Астауров). Идея о биологического эффекте облучения как следствии взаимодействия множественных изменений субмикроскопических структур клетки и связанных с ними процессов обмена веществ отражены в структурно-метаболической теории биологического действия радиации (60-е гг., А. М. Кузин). В 70-е гг. ведутся исследования по молекулярной радиобиологии (Н. М. Эмануэль и др.), радиобиологии клетки (В. И. Корогодин и др.), радиационной генетике (Н. П. Дубинин, Н. В. Лучник и др.), радиобиологии животных (Г. С. Стрелин, И. Г. Даренская и др.) и растений (Д. М. Гродзенский и др.), радиационной иммунологии (Р. В. Петров, И. Н. Клемпарская и др.), радиоэкологии (В. М. Клечковский, Г. Г. Поликарпов и др.), космической радиобиологии (Ю. Г. Григорьев и др.) и других направлениях этой быстро развивающейся науки.

Исследования ведутся в Институте биологической физики АН СССР(1952); Ленинградском институте ядерной физики АН СССР (г. Гатчина) и других институтах АН СССР, в институтах Минздрава СССР и Министерства сельского хозяйства СССР, в радиобиологических центрах академий наук союзных республик, на кафедрах многих вузов.

Цитология. Начало развитию цитологии в дореволюционной России положили исследования А. С. Догеля по структуре нервных клеток, Н. К. Кольцова по опорным фибриллярным внутриклеточным структурам, С. Г. Навашина по хромосомам и двойному оплодотворению.

В 20—40-е гг. в СССР возникли крупные цитологической школы. Д. Н. Насонов с сотрудниками изучал функциональную морфологию клетки (аппарат Гольджи, митохондрии); цитогенетические работы осуществлены на растит. (Г. А. Левитский, Г. Д. Карпеченко, М. С. Навашин) и животных клетках (Б. Л. Астауров, П. И. Живаго, Л. А. Прокофьева-Бельговская и др.); разрабатывалась цитохимия (А. В. Румянцев, Г. И. Роскин); возникло цитофизиологическое направление — по изучению реакции клеток на внешние воздействия (Насонов, В. Я. Александров), которое привело к учению о паранекрозе как неспецифические реакции клетки и созданию белковой теории повреждения и возбуждения. С начала 50-х гг. активно развивается цитогенетика: изучение тонкой структуры хромосом связывается с их функцией (Прокофьева-Бельговская с сотрудниками), разрабатывается проблема репродукции клеток и клеточных структур. Применение новых методов (авторадиография, цитохимия, цитофотометрия и др.) позволяет исследовать динамику клеточных популяций в онтогенезе разных тканей, изучать динамику распределения и метаболизма белков и нуклеиновых кислот в ядре и цитоплазме при различных функциональных состояниях клеток (А. А. Заварзин, О. И. Епифанова, В. Я. Бродский и др.). Исследуются закономерности роста, развития и передачи наследств. информации нормальных и малигнизированных клеток в культурах. Большой интерес представляет сравнит. анализ ультраструктурной организации и цитохимии сенсорных клеток (Я. А. Винников) и нейросекреции (А. Л. Поленов). В конце 50-х гг. возникло новое направление в изучении клетки — цитоэкология (В. Я. Александров, Б. П. Ушаков), изучающая роль клеточного уровня организации живого в адаптации организмов к условиям среды. В области физиологии клетки изучается проблема проницаемости клеточных мембран и закономерности распределения веществ между клеткой и средой (А. С. Трошин и др.). В 60—70-е гг. в центре внимания — изучение клеточных мембран и их роли в электрофизиологии и метаболизме клетки (Ю. А. Овчинников и др.). Цитологические методы используются в систематике растений и животных (кариосистематика). Развивается радиационная цитология, одна из задач которой — изучение закономерностей репарации ДНК после лучевого повреждения клетки. Центральная проблема исследований прокариотных и одноклеточных эукариотных организмов — выяснение закономерностей эволюции генетических систем на клеточном уровне организации живого (А. М. Пешкова, М. Н. Мейсель, Ю. И. Полянский, И. Б. Райков).

Основные исследования ведутся в Институте цитологии АН СССР (1957); Институте цитологии и генетики Сибирского отделения АН СССР (1957); университетах, медицинских и сельскохозяйственных вузах.

Генетика. Развитию генетики в СССР в 20-е гг. способствовали труды Ю. А. Филипченко по генетике человека, сельскохозяйственных животных и растений. Из работ советских учёных к достижениям мирового значения относятся: разработанная Н. К. Кольцовым (1928, 1935) гипотеза молекулярного строения и матричной репродукции хромосом («наследственные молекулы»), предвосхитившая принципиальные положения современной молекулярной биологии и генетики; исследование сложного строения гена, экспериментальное доказательство его делимости и разработка теории строения гена из субъединиц (Н. П. Дубинин, А. С. Серебровский); работы по популяционной генетике и связи генетики с эволюционным учением (С. С. Четвериков, Д. Д. Ромашов); открытие и дальнейшая разработка вопроса о радиационном (Надсон и Филиппов) и химическом (М. Н. Мейсель, 1928, В. В. Сахаров, 1933, М. Е. Лобашев, 1934, С. М. Гершензон, 1939, И. А. Рапопорт, 1946) мутагенезе; исследования полиплоидии (Г. Д. Карпеченко, А. Р. Жебрак, Сахаров и др.). Работы по анализу значения ядра и цитоплазмы в развитии и управлении полом (Б. Л. Астауров, В. А. Струнников) получили выход в практику шелководства. Классические работы в области теоретических основ селекции растений и по теории гомологических рядов изменчивости выполнены Н. И. Вавиловым в 20-е и 30-е гг. В селекции плодовых успешна многолетняя деятельность И. В. Мичурина. С именами Мичурина, Карпеченко, Н. В. Цицина связана разработка теории отдалённой гибридизации растений. В развитие генетических основ селекции животных внесли вклад М. Ф. Иванов, Б. Н. Васин, Д. К. Беляев, Я. Л. Глембоцкий и др. В 30-е гг. работы С. Г. Левита с сотрудниками (наследование сахарного диабета, язвенной и гипертонической болезней и др.) и С. Н. Давиденкова с сотрудниками (наследственные болезни нервной системы) способствовали значительному развитию медицинской генетики в СССР. Использование микроорганизмов и вирусов в качестве объектов исследований, проникновение в генетику методов химии, физики, математики привели в 40—50-х гг. к возникновению и развитию молекулярной генетики. Ещё в 30-е гг., воспользовавшись полётами стратостатов, советские генетики начали изучение влияния естественной радиации на наследственность. Впоследствии учёные приступили к изучению влияния космических условий на организм и заложили основы космической биологии, в том числе и космической генетики. В 20—30-е гг. советская генетика занимала ведущее место в мировой науке о наследственности и изменчивости. Начиная с конца 30-х гг., особенно после сессии ВАСХНИЛ (1948), исследования в области генетики в СССР затормозились. В 60-е гг. вновь началось развитие генетических исследований, в частности по хромосомной теории наследственности и теории мутаций (Н. П. Дубинин и др.). Новые перспективы открываются в связи с зарождением и развитием методов генетической (генной) инженерии.