按照具体用途来分，可以分为储存、预处理、分离、检测分析等各类仪器设备。

生物样品一般需要低温储存，根据样品及实验使用情况不同，可以放置在4℃左右的冷藏冰箱，-20℃的冷冻冰箱，以及-80℃的超低温冰箱，甚至直接保存在液氮罐中（-196℃）。越低的温度，越有利于长期保存组织中蛋白和核酸等生物大分子，但相应的能耗也更大。

生物样品分析前通常需要进行预处理，使用的仪器设备包括称量的天平，配置溶液的移液器，搅拌混匀的电磁搅拌器，分离沉降的超速（冷冻）离心机，浓缩或干燥样品的冻干机及真空浓缩仪，还有培养过程需要使用的培养箱、摇床、转瓶机、恒温水浴槽、PCR仪（聚合酶反应体外扩增DNA的小型仪器）等。

利用色谱技术分离分析的装置，是分离各类复杂混合物的有效分析仪器，利用不同固定相的色谱柱填料和不同极性的流动相，可以分别适用于各类生物大分子以及化学小分子，其基本原理和分类参见色谱法。化学生物学实验室中常用的是气相色谱仪（GC）、高效液相色谱仪（HPLC）和制备型液相色谱仪（如蛋白纯化系统），还有针对特别复杂样品（如中药提取物）的超高效液相色谱仪（UPLC）、二维气相色谱仪（2D-GC）和二维液相色谱仪（2D-LC），以及针对量少生物样品（如蛋白）的纳升液相色谱仪（nano-LC）。这些色谱装置一般配有紫外或荧光检测器，还可以与质谱仪联用，实现高灵敏的检测分析。

可以实现电泳分离技术的装置。具体原理和分类详见生物检测分析技术。化学生物学常用的电泳仪有醋酸纤维素薄膜电泳仪、凝胶电泳仪、双向电泳仪和毛细管电泳仪等，其中凝胶电泳仪广泛用于蛋白质和核酸的分离分析。凝胶电泳仪一般包含电泳槽、电源、制胶系统等，全自动的电泳仪还包含荧光或可见光的呈色成像系统。毛细管电泳仪是以毛细管为分离通道，利用高压直流电场驱动样品分离，因此兼具电泳、色谱两类分离技术的原理，适用于蛋白质、核酸等样品的高效、高灵敏度分离和分析。

根据光谱性质来检测物质组成和相对含量的仪器，一般含有光源、分光系统、吸收池、检测器、计算机等。化学生物学研究常用的光谱类仪器有紫外可见吸收光谱仪（UV-Vis）、红外光谱仪（UV）、荧光光谱仪（FL）、圆二色光谱仪（CD）等。紫外可见吸收光谱仪主要用于核酸、蛋白质的浓度及纯度分析，药物分子的结构确证等。红外光谱仪可用于药物分子的官能团确认、药物指纹图谱的分析乃至临床疾病的诊断。荧光光谱仪可利用小分子荧光探针（外源荧光）、药物分子与蛋白质的自身荧光（内源荧光）研究其相互作用、作用位点和机理、构象变化等。圆二色光谱仪主要用于研究溶液中蛋白质或核酸的二级结构，对于构象变化灵敏。此外，还有基于荧光信号对细胞进行自动分析和分选的流式细胞仪（FC），以及同样基于荧光信号的全自动（高内涵）细胞成像分析仪。

根据离子质荷比差异进行分离和检测的仪器，一般包含离子源、离子通道、质量分析器、检测器及真空系统，具体原理和分类参见质谱法。按照离子源的不同和质量分析器的不同可以实现多种功能组合的质谱仪，其中电喷雾离子源（ESI）和基质辅助激光解吸离子源（MALDI）因实现生物大分子的质谱分析而获得2002年诺贝尔化学奖。质谱仪在化学生物学中的应用非常广泛，如用于药物及代谢产物定量分析的三重四极杆质谱仪、用于蛋白质组学鉴定的静电场轨道阱质谱仪、用于药物分子定性及代谢组学分析的四极杆飞行时间质谱仪、用于组织切片成像的基质辅助激光解吸-飞行时间质谱仪等。在分析复杂样品时，通常质谱仪前端与色谱类仪器联用而实现组分分离。

根据强磁场中的不同原子核性质差异进行分析的仪器。高磁场强度和低温探头等配置大幅度提高了核磁共振谱仪的灵敏度和分辨率，使得核磁共振谱仪能够广泛应用于蛋白质、核酸等生物大分子的三维结构及相互作用的确定，以及化学小分子的结构确认。同样基于核磁共振的原理，核磁共振成像仪（MSI）可以应用于活体光谱和成像研究。

传统光学显微镜是利用光学原理将物体放大成像的仪器，广泛用于生物样本的观察分析。可见光的最短紫光波长约为400纳米，受阿贝极限所限，光学显微镜的极限分辨率只能达到约200纳米。在观察更小尺度的生物分子时，就需要用到电子显微镜（EM），即以电子束来展示物件内部或表面的显微镜，其理论分辨率可达约0.1纳米，可以观察到生物样品的精细结构。电子显微镜根据原理和结构不同主要可分为透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）。透射电子显微镜是将电子束透射样品后成像，扫描电子显微镜则是利用电子束扫描样品表面产生二次电子信号而成像。更为高端的冷冻电子显微镜（cryoEM）是将超低温技术应用于样品制备与检测的电子显微镜，可用于生物分子的高分辨结构解析，可达原子级的分辨率。

观察检测表面折射系数变化的光学仪器。结合生物芯片技术，可以快速免标记地获得生物分子与药物、抗体与抗原等分子间的亲和力、特异性以及动力学参数。