1．信息學派：信息學派主要是由壹群對遺傳信息世代傳遞感興趣的物理學家組成，其代表人物是德爾布呂克（Max Delbrück）。德爾布呂克德國物理學家，1930年在美國洛克菲勒基金資助下，到丹麥哥本哈根理論物理研究所，跟隨著名物理學家玻爾（Niels Bohr）作博士後研究。1932年，玻爾在哥本哈根舉行的國際光治療大會上作了“光與生命”的演講。演講中玻爾提出了認識生命的新思路，認為對生命現象的研究有可能發現壹些新的物理學定律。德爾布呂克深受玻爾思想的影響，決定轉入生物學研究。他認為，研究遺傳信息的世代傳遞的機制，基因是最好的切入口。德爾布呂克離開哥本哈根回到柏林後，與遺傳學家列索夫斯基（Nikola?. Vladimirovich. Timofeeff-Ressovsky）、生物物理學家齊默爾（Karl. G. Zimmer）合作，從量子理論的角度研究輻射與基因突變的關系，並於1935年出版了《關於基因突變和基因結構的本質》的小冊子。書中，他們用量子理論分析討論了輻射誘導的基因突變的規律，並給出了“基因的量子力學模型”。此模型認為，基因如同分子壹樣，具有幾個不同的，穩定的能級狀態。突變被解釋為基因分子從壹個能級穩態向另壹個能級穩態的轉變。文章還根據計算，推斷了基因的大小。這就是著名的“三人論文”。“三人論文”是壹篇完全用物理學的理論和方法對基因進行研究的文章。這篇文章的意義不在於其結論的正確與否，而在於它使許多年輕物理學家們相信，基因是可以通過物理學方法來進行研究的，從而推動了壹大批傑出物理學家投入生物學研究。“三人論文”後來成為薛定鍔（Erwin. Schr?dinger）“生命是什麽”壹書討論的基礎。
1937年，在洛氏基金的資助下，德爾布呂克來到加州理工大學摩爾根實驗室進行遺傳學研究。在那兒他發現噬菌體是壹種比果蠅更適合進行基因研究的材料，並與埃利斯（Emory. Ellis）合作，研究噬菌體的增殖、復制規律，建立了噬菌體的定量測定方法。1940年底，在費城召開的壹個物理學年會上，德爾布呂克與剛來美國不久的意大利生物學家盧裏亞（Salvador. Edward. Luria）認識了。盧裏亞讀過“三人論文”，對德爾布呂克極為景仰。當時他剛獲得洛氏基金資助，在哥倫比亞大學準備開展X-射線誘導噬菌體突變的研究。***同的興趣使他們很快建立了合作關系。當時在美國還有壹個進行噬菌體研究的科學家是華盛頓大學的赫爾希（Alfred. Hershey）。1943年，德爾布呂克約他在自己實驗室見面，並討論了合作研究計劃。這樣，壹個以德爾布呂克—盧裏亞—赫爾希為核心的“噬菌體小組”就形成了。
噬菌體小組的研究成果主要有：德爾布呂克與盧裏亞合作進行的細菌突變規律的研究開辟了細菌遺傳學的新領域；1945年盧裏亞和赫爾希分別獨立發現噬菌體的突變特性；1946年德爾布呂克與赫爾希又分別獨立發現，同時感染壹個細菌的二種噬菌體可以發生基因重組，證明了，從最簡單的生命到人類的遺傳物質都遵循著相同的機制。噬菌體小組最值得誇耀的成果是50年代初證明了基因的化學本質是DNA。1944年艾弗裏（Oswald. T. Avery）已經通過肺炎球菌轉化試驗發現，DNA是遺傳物質，但壹直未獲承認。赫爾希和蔡斯（Martha. Chase）分別用35S（與蛋白結合）和32P（結合在DNA上）標記噬菌體，然後用它感染細菌，結果發現噬菌體只有其核酸部分進入細菌，而其蛋白外殼是不進入細菌的。表現為在感染噬菌體的細菌體內復制產生的後代噬菌體主要含有32P標記，而35S的含量低於1%。這清楚地證明，在噬菌體感染的細菌體內，與復制有關的是噬菌體的DNA，而不是蛋白質。1952年，這個結果發表後立刻被廣泛接受，對促進沃森（James Watson）和克裏克（Francis Crick）確定DNA雙螺旋結構的突破，具有重要的意義。
噬菌體小組除了在研究遺傳信息的傳遞機制外，還從1941年起，每年都在紐約長島的冷泉港舉行研討會，並從1945年起每年暑期都舉辦“噬菌體研究學習班”。學習班課程主要為那些有誌於投身生物學研究的物理學家們開設的。通過冷泉港學習班，擴大了噬菌體研究網絡，形成並鞏固了以德爾布呂克—盧裏亞—赫爾希為核心的噬菌體小組在遺傳學研究領域的地位，到50年代初，噬菌體小組已成了壹個影響很大的遺傳學派。
噬菌體小組早期的研究工作引起著名物理學家薛定鍔的註意，並引起了他對生命的思考。1943年，他在愛爾蘭的都柏林三壹學院作了壹系列演講，闡述了他對生命的思考。1944年，他將這些演講整理匯編成書出版，這就是被認為是分子生物學的“湯姆叔叔的小屋”的劃時代著作《生命是什麽》。在此書中，薛定鍔討論了以噬菌體小組為主的信息學派的研究成果，尤其對德爾布呂克的“基因的量子力學模型”最為推崇。在討論這些研究成果的同時，薛定鍔認為“在有機體的生命周期裏展開的事件，顯示了壹種美妙的規律和秩序。我們以前碰到過的任何壹種無生命物質都無法與之相比。”“我們必須準備去發現在生命活體中占支配地位的，新的物理學定律”。
《生命是什麽》壹書對生物學研究產生的影響是震撼性的。著名分子生物學家斯坦特（Gunther. Stent）指出：“在這本書裏，薛定鍔向他的同行物理學家們預告了壹個生物學研究的新紀元即將開始”，“不少物理學家受到這樣壹個可以通過遺傳學研究來發現‘其它物理學定律’的浪漫思想的啟發，就離開了他們原來訓練有素的職業崗位，轉而去致力於基因本質的研究”。分子生物學的歷史表明，1950年代那些發動分子生物學革命的科學家，包括DNA雙螺旋結構的發現者沃森和克裏克都是受薛定鍔此書的影響，而轉而進行基因的結構與功能研究的。
2．結構學派：20世紀30年代起，在生物學領域還有壹群物理學家開始從事生物大分子的結構研究，這就是被稱為“結構學派”的物理學家。結構學派是由英國卡文迪許實驗室的布拉格父子，亨利·布拉格（William. Henry. Bragg）和勞倫斯·布拉格（William. Lawrence. Bragg）創立的。20世紀初，他們發現用X-射線照射結晶體可以在背景上獲得不同的衍射圖像。通過對衍射圖像的分析，就可以推出晶體的結構。他們用這個方法成功地確定了壹些鹽類（如氯化鉀）等的分子結構。1915年，布拉格父子同時獲得諾貝爾物理學獎。1938年，勞倫斯·布拉格出任卡文迪許教授，開始將X-射線衍射技術推廣應用到對生物大分子（蛋白質、核酸）的三維結構研究。50年代初，當時在卡文迪許實驗室的佩魯茲（Max Peruts）領導下，正在進行二種蛋白質的結構分析。壹是他自己領導的研究小組，進行血紅蛋白的結構研究；另壹個是肯德魯（John Kendrew）領導的研究小組，進行肌紅蛋白的結構分析。此外，在倫敦的國王學院（King’s College）的威爾金斯（Maurice Wilkins）和富蘭克林（Rosalind Franklin）的研究小組正在進行用X-射線衍射的方法研究核酸的結構，並取得了很多有意義的成果。結構學派的生物學家們主要對生物大分子的結構感興趣，對功能研究則較少涉及。
3．生化遺傳學派：自從1900年孟德爾定律被重新發現之後，“基因是怎樣控制特定的性狀”的問題就成了遺傳學研究的主要問題之壹。1902年，英國醫生伽羅德（Archibald Garrod）發現壹些病孩患尿黑酸癥，病人的尿壹接觸空氣就變成黑色。很快這種尿變黑的化學物質就被鑒定出來，即是由酪氨酸轉變而成的壹種物質。伽羅德對患黑尿病患者的家譜分析發現，此病按孟德爾規則的方式遺傳。在進行壹系列研究後，1909年伽羅德出版了《新陳代謝的先天缺陷》壹書，指出黑尿病患者代謝紊亂是因為酪氨酸分解代謝的第壹階段，即苯環斷裂這壹步無法進行。因而伽羅德認為，苯環斷裂是在某種酶的作用下發生的，病人缺乏這種酶，所以出現黑尿癥狀。這樣就把壹種遺傳性狀（黑尿）與酶（蛋白質）聯系起來了。但對遺傳因子與酶的這種預測性的設想，卻無法得到實驗證實。
1940年，比德爾和塔特姆（E.L.Tatum）開始用紅色鏈孢菌研究基因與酶的關系。他們用X-射線照射誘導產生鏈孢菌的突變體，發現了幾種不同的失去合成能力的鏈孢菌。他們通過對這些突變體雜交後代的遺傳學分析表明，每壹種突變體都是單個基因突變的產物，並認為每壹個基因的功能相當於壹個酶的作用。由此，於1941年他們提出了“壹個基因壹個酶”的假說。按照這個假說，基因決定酶的形成，而酶又控制生化反應，從而控制代謝過程。1948年，米歇爾（F. Mitchell）和雷恩（J. Lein）發現，紅色鏈孢菌的壹些突變體缺乏色氨酸合成酶，從而為“壹個基因壹個酶”的理論提供了第壹個直接的證據。蛋白質是有機體基因型產生的最直接的表現型，決定了生物性狀的表現形式。因此“壹個基因壹個酶”（後改為壹個基因壹個蛋白質）的理論為以後DNA→RNA→蛋白質的“中心法則”提供了理論基礎，對認識基因控制遺傳性狀的機制具有重要意義。1958年，伽羅德和塔特姆獲得諾貝爾獎。
DNA雙螺旋結構的確立
1951年，沃森在意大利參加了壹個生物大分子結構的學術會議，會上聽了英國國王大學威爾金斯關於DNA的X-射線晶體學的研究結果的報告十分興奮。沃森是噬菌體小組領袖人物盧裏亞的研究生。博士畢業後，被盧裏亞送到丹麥哥本哈根的克卡爾（Herman Kacker）實驗室做有關核酸的生物化學方面的研究。這使他迅速熟悉了核酸方面的知識，並確認基因的本質是DNA。他認識到，要解開基因的功能之謎，必需首先弄清DNA的結構。威爾金斯的工作給了他極大的啟示，在盧裏亞的支持下，他來到了當時世界生物大分子結構研究的中心——劍橋的卡文迪許實驗室。在這裏，他與弗朗西斯·克裏克（Francis Crick）相遇。克裏克畢業於倫敦科裏基大學物理系，二戰期間在軍隊從事過磁鐵礦方面的研究。戰後在薛定鍔《生命是什麽》壹書的影響下，轉向生物學研究。當時作為壹名博士研究生正在佩魯茲研究小組參加血紅蛋白結構的研究。沃森的到來，使他了解了DNA研究的新進展。他們壹致認為，搞清楚DNA的結構是揭示基因奧秘的關鍵所在。倫敦國王學院的威爾金斯是克裏克的朋友，這使他們很容易地獲得威爾金斯小組對核酸研究的新成果。沃森和克裏克的合作，可以看成是生物學研究中，信息學派和結構學派結合。這個結合最終導致DNA雙螺旋結構的發現。
在沃森—克裏克開始著手研究DNA結構之時，對DNA結構的資料還是比較零散的。當時已知：1。DNA是由腺嘌呤（A），鳥嘌呤（G），胸腺嘧啶（T），胞嘧啶（C）4種核苷酸組成；2。每個核苷酸的糖基因以***價鍵的方式與另壹個核苷酸的磷酸基因結合，形成糖—磷酸骨架；3。這些核苷酸長鏈具有規則的螺旋狀結構，每3.4埃重復壹次。但DNA分子究竟是由幾條核苷酸鏈組成，以及鏈與鏈之間通過什麽方式組成螺旋狀分子，則仍然不清楚。1951年沃森—克裏克曾提出壹個三螺旋模型，1952年，鮑林也提出了壹個三鏈模型，但隨即被否定，因與已知的DNA X-射線衍射結果不相符。DNA雙螺旋結構的確立主要由於以下的研究成果：1。1952年，沃森在威爾金斯那兒看到了富蘭克林在1951年拍攝的壹張水合DNA的X-線衍射圖，圖片上的強烈的反射交叉清楚地顯示了DNA是雙鏈結構。這張圖給沃森印象極為深刻，決定建立DNA的雙鏈模型；2。1952年數學家格裏菲斯（J. Griffith）通過對堿基間的結合力計算，表明A和T與G和C之間相互吸引的證據。同時從查伽夫（F. Chargaff）早先已確定的，DNA分子中，嘌呤堿與嘧啶堿之比為1:1的當量定律，也排除了堿基同型配對的可能性。此外，多諾休（J. Donohue）指出了堿基的互變異構現象。這些結果都肯定了DNA的二條核苷鏈中，A-T，G-C的堿基配對原則；3。1952年，富蘭克林DNA的X-線衍射結果已經準確地推測出，雙鏈分子糖—磷酸骨架在外側，堿基在內側的結論。富蘭克林還推測出配對堿基的距離為20埃，旋距為3.4埃。
根據上述資料，1953年沃森—克裏克提出了壹個DNA雙螺旋模型。這個結構符合已知的有關DNA的實驗資料，棄提示了DNA分子復制的可能方式，因而立即受到科學界的重視並很快被接受。DNA雙螺旋結構的發現，標誌著分子生物學的誕生。此後的15年間，分子生物學取得迅速發展，其中具有重要意義的進展有：
1， 1968年克裏克在他的《論蛋白質的作用》壹文中，提出了遺傳信息的流向是DNA-RNA-蛋白質的著名的“中心法則”。1970年蒂明（Howard Temin）和巴爾的摩（David Baltimore）分別在RNA腫瘤病毒顆粒中發現“依賴RNA的DNA轉錄酶”（逆轉錄酶），證明了遺傳信息也可以從RNA流向DNA，從而完善了中心法則的內容。1975年，蒂明和巴爾的摩獲諾貝爾生理學或醫學獎。
2，1954年伽莫夫第壹次把決定壹個氨基酸的核苷酸組合稱之為遺傳密碼，並提出了“重疊式三聯密碼”假說。他通過計算給出了64種可能的三聯密碼。伽莫夫的假說的問題是：1，重疊密碼是錯誤的；2，認為DNA直接指導蛋白質合成是錯誤的。1961年克裏克和布倫納（S.Brenner）通過實驗和統計分析否定了遺傳密碼的重疊問題，提出了“非重疊式三聯密碼”的假說，並通過實驗獲得證實。同年，尼倫伯格（M.W.Nirenberg）用生物化學的方法及體外無細胞合成體系，首次成功地確定了三聯尿嘧啶UUU.是苯丙氨酸的密碼子，揭開了破譯三聯密碼的序幕。到1966年就完成了所有20種氨基酸的密碼表1968年，尼倫伯格獲諾貝爾生理學或醫學獎。
3，.基因表達調控的“操縱子學說”的提出。1960年法國科學家莫諾（J. Monod）和雅各布（F.Jacob）發表了“蛋白質合成的遺傳調控機制”壹文。在文章中他們正式提出了基因表達的操縱子學說。他們用大腸桿菌乳糖代謝調控系統為模型，揭示了半乳糖苷酶產生的基因調控機制，提出了結構基因、調節基因和操縱基因的概念，並證明了半乳糖苷酶（蛋白質）的產生正是這些基因相互作用的結果。操縱子學說的提出使對基因的研究從結構研究向功能研究的轉變，為深入揭示基因控制生物性狀（表型）的機制奠定了基礎。1965年莫諾和雅各布獲諾貝爾生理學或醫學獎。操縱子理論有力地證實了美國科學家麥克林托克（B.Mclintock）1951年在研究玉米遺傳特性時提出的“跳躍基因”（轉座子）的概念，為真核細胞基因調控的研究開辟了道路。1983年麥克林托克獲諾貝爾生理學或醫學獎。
4，基因工程枝術的誕生。1962年阿爾伯（W.Arber）提出細菌體內存在壹種可以破壞外來DNA的酶。1970年史密斯（H.O.Smith）獲得了第壹個DNA限制性內切酶。納桑斯則用內切酶將SV40病毒的DNA切割成壹些特定的片段，並獲得了此病毒基因組的物理圖譜。1978年阿爾伯、史密斯和納桑斯獲諾貝爾生理學或醫學獎。此後又陸續發現了DNA聯接酶、DNA聚合酶，這些工具酶的發現為基因工程技術的出現奠定了基礎。1971年美國科學家伯格（P. Berg）用限制性內切酶和聯接酶將SV40的DNA與入噬菌體的DNA片段連接在壹起，形成的雜種分子在大腸桿菌中成功表達，使跨越物種的DNA重組成為現實。基因工程作為壹項新技術誕生了，它不但為農業、畜牧業和醫藥產業的發展提供了廣闊的發展空間，而且為進壹步深入探索生命起源和開展人造生命（合成生物學）的研究提供了技術手段。伯格的工作為基因工程的誕生奠定了基礎，1980年伯格獲諾貝爾生理學或醫學獎。
從1953年DNA雙螺旋結構發現以來的半個多世記中，分子生物學按還原論的路徑迅猛發展，取得了許多重要進展。進入21世記以來，人類基因組計劃的完成，以及蛋白質組學等各種“組學”的出現，為從整體上認識遺傳、變異、及個體發育等基本生物學現象開辟了新方向。早已認識到基因組完全相同的卵孿生子之間在遺傳表型上可以表現明顯差異，顯示了基因型（Genotype）與表現型之間的復雜關系。近年來興起的表觀遺傳學（Epigenetics）研究表明，基因組可以通過DNA甲基化（DNA methylation），基因印記，母體效應，基因沈默，RNA編輯等方式改變基因表達的方式。這樣就為深入理解環境與遺傳的關系提供了可能，從而對醫學科學的發展產生深遠的影響。