合成生物学的定义是按照一定的规律和已有的知识设计和建造新的生物部件、装置和系统；重新设计已有的天然生物系统为人类的特殊目的服务。合成生物学是生物科学在二十一世纪刚刚出现的一个分支学科，近年来合成生物物质的研究进展很快。与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同，合成生物学的研究方向完全是相反的，它是从最基本的要素开始一步步建立零部件。与基因工程把一个物种的基因延续、改变并转移至另一物种的作法不同，合成生物学的目的在于建立人工生物系统，让它们像电路一样运行。

合成生物学研究内容主要包括以下几个方面：

1. 利用合成生物学可以完成各种分子的合成与模块化、亚细胞模块、生物合成基因网络、代谢途径和信号途径和信号转导通路、转运机制等；
2. 接口调整和修改输入输出过程、调整不同亚细胞组件间的层次化相互作用使得模块具有可拆装性；
3. 开发平台优化生物和非生物载体，达到提高工程系统效率、降低其维护成本和要求、提供某种特殊的鲁棒性及对环境的兼容性等目的；
4. 调控和通讯系统包括生物部件的反馈、前馈机制，以及行为和通讯方式的模块化；
5. 在合成生物学的基础上，完成各种功能模块的仿真、预测算法和相应软件。利用计算机辅助技术是降低实验成本的复杂性的有利工具。