A biológiai tudományok fejlődése az elmúlt évtizedekben hatalmas mennyiségű genom-, transzkriptom- és metabolomadat felhalmozásához vezetett. Az azonosított gének és fehérjék, amelyek bizonyos biológiai útvonalakat képviselnek, nem elégségesek ahhoz, hogy megértsük az útvonalak pontos funkcióját és kölcsönhatásait. Szükségünk van annak megértésére, hogy az egyedi alkotórészek egymással kölcsönhatva miként alakítanak szerkezeteket, biológiai rendszereket, és ezek együttes kölcsönhatása miképp vezet komplex rendszeri viselkedésekhez, illetve megváltozásuk miképpen hat vissza a megjelenési formákra. A rendszerbiológia fejlődő új tudományként célul tűzte ki a genomszintű adathalmaz rendszerszintű értelmezését. A definíció szerint a rendszerbiológia a biológiai rendszerek dinamikáját, szerkezetét vizsgálja, és három fő összetevőből áll: először a kutatóknak össze kell gyűjteniük azt a szerszámkészletet, amely a biológiai részleteket jelenti. Másodszor meg kell állapítaniuk és meg kell érteniük, hogy a biológiai részletek hogyan lépnek egymással kölcsönhatásba, míg végül rá kell jönniük, hogy ezek a kölcsönhatások miképpen adódnak össze az organizmus egészében. A rendszerbiológia orvosi alkalmazásai az utóbbi években teljesedtek ki, miután nyilvánvalóvá vált, hogy a legtöbb betegség – így például a rákos betegségek is – sokkal összetettebb, mint azt eredetileg gondolták, mivel a megfigyelt betegség megjelenési formája egy együttműködési biológiai hálózat eredményeképpen összetett molekuláris rendellenességek kombinációjával alakul ki. A rendszerbiológia új utat jelent a gyógyszerfejlesztésben, miután nagyon sok gyógyszerjelölt azért bukott meg a klinikai kipróbálásokon, mert az általuk befolyásolt, sejten belüli útvonalakat azok komplexitásában nem értették. A rendszerbiológia arra fókuszál, hogy olyan módszereket fejlesszen, amelyek segítségével megérthető a biológiai rendszerek fenotípusos viselkedése az összefüggések megállapítása érdekében, majd hipotéziseket állítson fel a későbbi kísérletek számára. Ennek megfelelően két egymást kiegészítő komputerizált megközelítést alkalmaz: az adatalapú és a hipotézis-alapú módszereket. Az adatalapú megközelítések magukban foglalják az „omikák” által szolgáltatott nagyszámú adat összegyűjtését és a statisztikai modellek által történt analízisét. Az adatalapú megközelítések leggyakrabban használt modellje a hálózati modell, amely több száz vagy ezer egymással kölcsönható molekuláris alkotórész interakcióját állapítja meg. Ezzel szemben a hipotézis-alapú megközelítések általában kis rendszerek, és kevesebb molekuláris alkotórész vizsgálatára használatosak. Ebben a megközelítésben a dinamikus modellezést alkalmazzák, amelyben jellemzik a molekuláris összetevők mennyiségi viszonyait, és megállapítják a kölcsönhatásaikból származó viselkedési variációkat.