现代遗传学和分子生物学的基础理论研究的突破性进展，特别是在20世纪50年代后期至60年代科学家对基因遗传密码的破解，终于使人工合成生命物质的设想成为现实，并最终导致了被人们称为现代生物工程的技术体系在20世纪70年代的建立。
1972年，美国科学家保罗·伯格首次成功地重组了世界上第一批DNA分子。一年以后，几种不同来源的DNA分子被装入载体后转入到大肠杆菌中。作为现代生物工程的基础，基因工程正式登上了历史舞台。
从广义上来讲，生物技术具有非常悠久的历史，人类几千年来使用的酿酒、制酱、育种等技术都属于生物科学技术。所以，所谓生物工程又称现代生物工程技术或称现代生物技术，是一门生物科学与技术科学相结合的综合性边缘科学。它通过基因重组、细胞培养、细胞融合和酶反应等人为的操作，定向控制或改变生物遗传性状，按照人类的需要创造出新产品或新生物。生物技术和微电子、新材料一起被称为世界新技术革命的三大支柱。
从物质层次上来说，生物工程可以在4种水平上进行，即分子水平、染色体水平、细胞水平和个体水平。其中，个体水平上的生物工程，一般指通过选择、杂交等方法进行常规育种，培育出动植物的新品种；细胞水平上的生物工程又叫体细胞融合或体细胞杂交，使获得的体细胞杂交品种具有双亲细胞的特点；多倍体育种、单倍体育种是染色体水平的生物工程；基因工程则是分子水平上的生物工程。一般认为，广义的生物工程包括以上4种水平的生物工程；狭义的生物工程是指分子水平上的对基因的外科操作，即基因工程。
基因工程
基因工程又称为DNA重组或分子水平的杂交。具体内容就是按照预先设计的生物蓝图，在分子水平上对基因进行外科手术，人为地用一种生物细胞中的基因替换另一种生物的某些基因，实现基因的转移和重新组合，以达到定向改变生物性状的目的。在理论上，基因工程甚至能创造出自然界中根本不存在的新的生命形态。
基因工程是基于遗传学基本理论的一项重要工程，它为高等生物的细胞分化、生长发育、肿瘤发生等基础研究提供了有效的实验手段，为探索基因结构和功能的本质提供了必要的分析手段；在实践上，它为解决人类在社会和经济活动中所面临的威胁着人类生活各个领域的许多重大问题，诸如世界人口的不断增长、粮食生产增长缓慢、能源日趋紧张、环境污染日益严重等问题，开辟了新的途径。
细胞工程
细胞是生物体的基本结构单位和功能单位。细胞工程包括体细胞融合、细胞核和卵移植、动植物细胞大规模培养以及植物组织培育技术等方面。它将一种生物细胞中携带遗传信息的细胞核或染色体整个地转移给另一种生物细胞，使新细胞产生具有人们所需要的功能，从而改变受体细胞的遗传特性。这就打破了远缘生物不能进行杂交的屏障，从而创造了产生新物种的可能。
目前科学家们已经在动物中实现了小鼠与田鼠、小鼠与小鸡等远缘和超远缘动物间的体细胞杂交。虽然这种杂交体细胞还只停留在分裂传代的水平，不能分化发育成完整的个体，但在理论研究和基因定位上却具有着重大意义；而科学家们在植物间的体细胞杂交实验已达到了完整的植株水平，并获得了新的杂交植物，如人们已经知道甚至是品尝过的“西红柿马铃薯”、“蘑菇白菜”等。细胞核移植技术对动物优良品种杂交的无性繁殖和濒临绝迹的珍贵动物的传种工作具有重大意义，实际上，所谓的克隆技术就是在这种细胞工程基础上产生的。
酶工程
酶是生物机体中一种特殊的蛋白质，在生物机体内进行的生化反应中起着生物的催化剂作用。而酶工程就是一项在一定的生物反应器中，利用酶的特异的催化功能，快速、高效地将相应的原料转化成有用物质的重要技术。目前，由于酶工程的发展，人们已经开发生产、分离和提纯了多种生物酶，并已有效地应用于化学分析、临床诊断及农业生产和水产加工等诸多方面。
微生物发酵工程
作为现代科学意义上的微生物发酵工程，是指将传统发酵技术与现代生物学的DNA重组、体细胞融合等新技术结合并发展起来的现代微生物发酵技术。目前在医学和农业生产领域中通用的20多种抗生素中，绝大部分都是利用微生物的特定功能制成的发酵产品。
在生物工程的各类技术系统中，最基本的核心系统就是基因工程。也就是说，只有通过对基因进行剪裁、拼接等改造和加工，才能按照人们预先设计的蓝图制造出特定的生物性状、物种和制品。毋庸置疑，生物工程的发展必将导致传统工业结构的调整与改革，并会在解决人类面临的难题中发挥自己的巨大潜力，成为推动当前新技术革命的强大动力。
生物工程的影响涉及到农业、医药、食品、能源、环境保护等国民经济的众多领域。作为一种生产力，它对科学和社会发展的影响和作用，将会随着这个新兴产业的不断开拓而越来越大，并将引起传统工业模式的变革。因而，它所产生的经济效益也将是难以估量的。从某种意义上说，生物工程所产生的重大影响将远远超过20世纪70年代的微电子学、60年代的计算机以及50年代的晶体管半导体的发明。而且它所产生的影响将会在21世纪得到更加充分的显现。
不过，现代生物工程技术的迅速发展，如同现代遗传科学一样，也给人们带来了许多困惑：
当人们能够任凭自己的想像“制造”出任何有生命的物种来的时候，那时，这个世界将会变成一个什么样的世界呢？