主要包括基因组学（genomics）、蛋白质组学、代谢组学、转录组学等，而这些研究对象的集合被称为组。在英文中，“组”的后缀是-ome，而“组学”的后缀是-omics。

具体而言，基因组学是以生物体内的全部基因为研究对象，从整体水平上探索全基因组在生命活动的作用。另外，随着表观遗传学的深入研究，表观基因组学技术也成为重要的研究手段。转录组学是研究细胞中基因转录的情况及转录调控规律的科学，转录组即活细胞所转录的所有RNA的总和。蛋白质组学是系统研究细胞、组织或生物体蛋白质的表达水平，翻译后修饰和蛋白与蛋白相互作用等。最为常用的蛋白质组学技术是基于质谱的鸟枪法（shotgun）蛋白质组学。代谢组学是对生物体内所有代谢物进行定性与定量分析，并揭示其与生理病理变化的关系。除了以生物大分子核酸和蛋白为中心的组学研究外，以糖类为中心的糖组学和以脂质为中心的脂质组学也成为各自领域的研究热点。

细胞内各种生物分子在时间和空间上是存在相互联系的。随着人类基因组计划的逐步完成和科学研究的不断进步，科学家们已经意识到单纯研究某一生物分子，例如基因组学，是无法全面解释现在面临的医学问题的。因此，已经进入一个多组学联用的时代，也就是通过基因组、蛋白组、代谢组等多维手段勾画出疾病模型的整体架构，为探索其发病机制和临床治疗提供新的思路。