系统生物学中的“系统”指“系统科学”“系统和控制理论”，在实际研究过程中通常采用数学建模的方式进行模拟、解析并加以说明。系统生物学是通过整合不同层次生物信息，以理解生物系统如何行使功能的研究领域，旨在研究生物系统组成成分的构成与相互关系的结构、动态与发生，基于各种生物信息实验数据建立数学模型，并通过实验验证、完善模型，解析某特定生物系统各部分之间的相互关系和相互作用特点（如与细胞信号传送、代谢通路、细胞器、细胞、生理系统与生物等相关的基因和蛋白网络），最终建立整个系统的可理解模型，形成系统的、关联的网络，为解析生命奥秘、疾病机制、药物作用、毒性发生、营养平衡等提供多维度、多层次支持。

系统生物学开始于对基因和蛋白质的研究，该研究使用高通量技术来测定某物种在给定条件干涉下基因组和蛋白质组的变化。目前系统生物学的研究方向主要有：基因组学、蛋白质组学、转录组学、代谢组学、遗传网络、代谢网络、结构系统生物学及计算生物学等；研究领域涵盖了人、动物、植物、微生物等一系列生命主体。例如在医药生物研究中，主要采用各类模式生物和模式细胞，如嗜盐菌、酵母、海胆、果蝇、鼠的干细胞及基因敲除小鼠等，对各类型疾病，如自身免疫性疾病和炎症、糖尿病、心脏病及肿瘤等进行多角度、多层次的系统研究。未来的系统生物学将不断推动包括疾病研究、遗传育种、新药研发等生命科学和生物技术的发展，并对人类、社会、科学和经济、能源甚至生产方式产生影响。