В биохимии растений и микроорганизмов успехи были достигнуты в исследовании процессов анаэробного обмена углеводов и дыхания у растений. С. П. Костычев в начале 20 в. открыл новые промежуточные продукты брожения, изучал сущность процессов обмена белков и фиксации азота. Ученики К. А. Тимирязева, разрабатывавшие проблемы биологического окисления (В. И. Палладин), азотистого обмена (Д. Н. Прянишников, В. С. Буткевич), обмена аргинина и мочевины, создали крупные биохимической школы. Путём прямого препаративного выделения нуклеиновых кислот у различных групп организмов (Кизель, А. Н. Белозерский и его школа) было окончательно доказано, что ДНК содержится не только в ядрах клеток животных, но и в клетках растений и микроорганизмов, что свидетельствует о единстве состава ядерного материала у всех живых существ. Большое значение имеют начатые в 30-х гг. исследования ферментативных процессов в живой клетке; показано, что их направленность во многом определяется пространственной разобщённостью ферментов и субстратов в протоплазме (Опарин, А. Л. Курсанов, В. Л. Кретович и др.). Исследования ферментного аппарата хлоропластов и механизмов биосинтеза белка в этих органоидах, а также физико-химических особенностей компонентов их белок-синтезирующего аппарата внесли вклад в понимание степени генетической автономии этих субклеточных структур (Кретович, Н. М. Сисакян и др.). Разрабатывались вопросы прикладной биохимии, главным образом промышленной: способы получения новых антибиотиков, методы их очистки, поиски условий, благоприятных для их синтеза, получение биологически активных соединений — витаминов, дефицитных аминокислот, нуклеотидов и т. д. Изучаются проблемы качества растительного сырья, его хранения, правильной обработки и эффективного использования. Достижениями технической биохимии являются: установление биохимических основ внесезонной ферментации табака и его последующей переработки, новая технология получения органических кислот из махорки, создание биохимических методов контроля в чайном производстве, усовершенствование технологии виноделия, разработка биохимических основ хранения и переработки сельскохозяйственных продуктов, создание новых методов извлечения витаминов из растительного, микробного и животного сырья, разработка научных основ получения и применения ферментных препаратов в пищевой и лёгкой промышленности.

  В биохимии животных и человека важную роль сыграли работы учеников и последователей А. Я. Данилевского. В. С. Гулевич в 20-е гг. исследовал азотистые небелковые вещества мышц и открыл ряд новых соединений (карнозин, карнитин и др.). Эти работы развиты в трудах С. Е. Северина и его школы. Большое значение имеют работы Я. О. Парнаса с сотрудниками по биохимии мышц и промежуточному обмену (с 30-х гг.). В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова (1939) открыли ферментативную активность актомиозина (расщепление богатой энергией АТФ) и постулировали её роль в мышечном сокращении; эти данные позволили на новой основе начать экспериментальную разработку проблемы использования химической энергии для выполнения механической работы. Впоследствии аналогичная аденозинтрифосфатазная активность была найдена у ряда других сократительных белков. В 1937 А. Е. Браунштейн и М. Г. Крицман открыли процесс переаминирования, один из важнейших путей синтеза аминокислот, и установили роль пиридоксальфосфата в функционировании участвующих в этом процессе ферментов — аминотрансфераз. Важное значение для понимания биохимии нервной системы и нервно-мышечных взаимодействий имели работы А. В. Палладина, Г. Е. Владимирова и Д. Л. Фердмана. Состав липидов нервной системы как в фило- и онтогенетическом аспекте, так и в динамике при различных функциональных состояниях исследовали Е. М. Крепе и его сотрудники (с 40-х гг.). В годы Великой Отечественной войны 1941—1945 проводились работы, имеющие практическое значение, в частности по свёртыванию и консервированию крови (Б. А. Кудряшов, Г. Е. Владимиров С. Е. Северин). К середине 20 в. достигнуты успехи в изучении биохимии крови, её дыхательной функции (Б. И. Збарский с сотрудниками), а также гормонов (Н. А. Юдаев, В. С. Ильин, А. М. Утевский), минеральных веществ, в частности микроэлементов, их распространения в организмах, физиологической роли, механизма действия и регулирующих влияний на ферментативные реакции и процессы обмена веществ (С. Я. Капланский, А. И. Войнар). Важное значение для программы космических исследований в СССР имели результаты анализа специфических изменений физиологических функций и обмена веществ человека и животных в условиях космического полёта, под действием невесомости (В. В. Парин, О. Г. Газенко и др.). С конца 50-х гг. многие традиционно биохимические проблемы разрабатываются также молекулярной биологией и биоорганической химией. Границы между этими дисциплинами часто условны.

  В молекулярной биологии, вычленившейся из биохимии в середине 20 в. в связи с развитием новых методов исследования, основополагающие работы выполнены ещё в 30—40-х гг. Энгельгардт и Любимова открыли АТФазную активность актомиозина, т. е. его способность гидролизовать АТФ, и на основе этого впервые дали объяснение биологическим явлениям (мышечное сокращение) в молекулярных терминах. Белозерский осуществил ряд важных работ по нуклеиновым кислотам растений и бактерий. В 50—60-е гг. создан ряд специальных институтов, что обусловило дальнейшее развитие молекулярной биологии. Была установлена первичная структура некоторых транспортных РНК (А. А. Баев и др.), расшифрована первичная структура ряда белков (Ю. А. Овчинников с сотрудниками), в том числе одной из трансаминаз (Браунштейн, Овчинников с сотрудниками), а также установлена  пространственная структура пепсина (Н. С. Андреева с сотрудниками) и ряда других белков. Исследования нуклеотидного состава РНК разного происхождения способствовали открытию информационной РНК у бактерий (А. Н. Белозерский и А. С. Спирин). Открыт новый тип РНК — ядерная проматричная РНК — высокомолекулярный предшественник РНК животной клетки (Г. П. Георгиев с сотрудниками). В цитоплазме и ядре открыты и детально изучены структура и функции рибонуклеопротеидов, содержащих иРНК (информосомы) (Спирин, Георгиев с сотрудниками). Осуществлена частичная самосборка рибосом, изучаются закономерности функционирования их в процессе синтеза белка (Спирин с сотрудниками). Описан новый тип регуляции процессов транскрипции, положит. регуляция путём узнавания ферментом РНК-полимеразой определ. участков ДНК (Р. Б. Хесин с сотрудниками). Выполнен ряд важных работ по молекулярной генетике и физикохимии биополимеров. Осуществляются работы по использованию достижений молекулярной биологии в генной инженерии, вирусологии и онкологии.

  Исследования ведутся главным образом в АН СССР (Институт биохимии им. А. Н. Баха, 1935; Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова, 1964; Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева, 1934; Институт молекулярной биологии, 1957; Институт биоорганической химии им. М. М. Шемякина, 1959; Институт белка, 1967); институтах биохимии академий наук союзных республик, АМН СССР (Институт биологической и медицинской химии, Институт экспериментальной эндокринологии и химии гормонов, Институт питания, Институт экспериментальной медицины), ВАСХНИЛ и институтах ряда министерств (здравоохранения, сельского хозяйства, пищевой промышленности и др.), межфакультетской лаборатории биоорганической химии МГУ, в лабораториях и на кафедрах университетов и учебных институтов.

  Биофизика. Под руководством П. П. Лазарева, создавшего первую советскую школу биофизиков, проводились исследования в области ионной теории возбуждения живых тканей, предложенной им в 1916. В 20-е гг. А. А. Гурвичем были проведены вызвавшие широкую дискуссию исследования ультрафиолетового свечения биологических систем (т. н. митогенетическое излучение); в 50—60-е гг. изучалось сверхслабое свечение ряда животных и растительных объектов в видимой области спектра (Ю. А. Владимиров, Б. Н. Тарусов с сотрудниками). Вопросы аккомодации и конвергенции глаза, его чувствительности к разным лучам спектра разрабатывались в лаборатории С. В. Кравкова. Механизмы элементарных фотофизических процессов и фотохимических реакций, а также люминесценции белков изучались в лаборатории А. Н. Теренина. Открыта реакция обратимого фотохимического восстановления хлорофилла и его аналогов (А. А. Красновский). В 70-е гг. успешно разрабатываются: молекулярная биофизика (физические и физико-химические свойства макромолекул и молекулярных комплексов, М. В. Волькенштейн, Л. А. Блюменфельд, Н. С. Андреева и др.), биофизика клетки (физико-химические основы функций клетки и её органоидов, Г. М. Франк, Б. Н. Тарусов и др.), биофизика процессов управления и регуляции (изучение и моделирование регуляторных и управляющих систем организмов, И. М. Гельфанд и др.), биофизика мышечного сокращения (Франк и др.), биофизика органов чувств, и др. Создаются приборы и машины для массового автоматического исследования биологических структур