O programa temático Biologia Molecular e Biotecnologia compõe-se de grupos de pesquisa que utilizam técnicas de bioquímica, biologia molecular e celular, com linhas investigativas nas diversas áreas das ciências biológicas, tais como o papel do sistema ubiquitina-proteassoma em leveduras, o estudo do papel da heme oxigenase no contexto da biologia vascular, as disfunções mitocondriais na sepse, as alterações metabólicas no transtorno bipolar, o papel de mutações em oncogenes, o estudo da relação planta/micro-organismo, a biodiversidade da mata atlântica, estudo de redes regulatórias controladoras do desenvolvimento vegetal, o estudo de vetores e parasitas, centrado no entendimento de processos bioquímicos e moleculares desta relação, incluindo a transdução de sinais na infecção por tripanossomatídeos, Plasmodium e vírus, o metabolismo de lipídeos, os mecanismos antioxidantes, a ovogênese de vetores como o barbeiro Rhodnius prolixus e o carrapato Rhipicephalus (Boophilus) microplus, a investigação do metabolismo de heme, o papel de receptores nucleares no parasita Schistosoma mansoni e no mosquito Aedes aegypti e o estudo da relação do vírus da Dengue com seus hospedeiros (mosquito e humano).
Esse programa temático conta com 17 docentes que têm dado contribuições importantes em áreas estratégicas para o país, como as doenças tropicais e a agropecuária. Um dos principais objetivos dos grupos de pesquisa dessa área temática é o desenvolvimento de inseticidas seletivos para insetos hematófagos.