Biologia syntetyczna dotyczy inżynierii stworzonych przez człowieka żywych biomachin ze standaryzowanych komponentów, które mogą wykonywać predefiniowane funkcje w sposób (samo)kontrolowany. Różne strategie badawcze i interdyscyplinarne wysiłki są prowadzone w celu wdrożenia zasad inżynierii do biologii. Strategia „top-down” wykorzystuje niesamowitą różnorodność istniejących w przyrodzie naturalnych części do konstruowania syntetycznych kompozycji genetycznych, metabolicznych lub sieci sygnalizacyjnych o przewidywalnych i kontrolowanych właściwościach. Dzięki temu podejściu, ukierunkowanemu głównie na zastosowanie, powstają żywe fabryki produkujące leki, biopaliwa, biomateriały i chemikalia, a także żywe pigułki oparte na zmodyfikowanych komórkach, zdolnych do autonomicznego wykrywania i leczenia stanów chorobowych in vivo. Z kolei strategia „bottom-up” dąży do uniezależnienia się od istniejących systemów żywych poprzez projektowanie systemów biologicznych od podstaw i syntezę sztucznych jednostek biologicznych, które nie występują w naturze. W ramach tego podejścia, opartego w większym stopniu na wiedzy, bada się rekonstrukcję minimalnych systemów biologicznych, które są w stanie realizować podstawowe zjawiska biologiczne, takie jak samoorganizacja, samoreplikacja i samowystarczalność. Co więcej, synteza sztucznych jednostek biologicznych, takich jak syntetyczne nukleotydy czy aminokwasy, oraz ich implementacja do polimerów wewnątrz żywych komórek wyznacza obecnie granicę między naturalnymi a sztucznymi systemami biologicznymi. W szczególności, projektowanie in vitro, synteza i przenoszenie kompletnych genomów do komórek gospodarza wskazują na przyszłość biologii syntetycznej: tworzenie komórek projektantów o dostosowanych, pożądanych właściwościach dla biomedycyny i biotechnologii.