تشمل الدراسات المتعلقة بالأحياء الجزيئية في كائن الخلية الوحيدة العديد من المواضيع مثل:
1- دراسة تركيب ووظيفة البروتينات، وكيف يتم ترميزهم وصنعهم في الخلية.
2- دراسة تركيب ووظيفة الحمض النووي (DNA) والحمض الريبوزي (RNA)، وكيف يتم ترميز المعلومات الوراثية ونقلها وتحويلها.
3- دراسة بنية ووظيفة الأغشية الخلوية، وكيف تحمي الخلية وتنظم حركة المواد إلى وخارج الخلية.
4- دراسة التفاعلات الكيميائية داخل الخلية وكيف تساعد على الحفاظ على الحياة والنمو.
5- دراسة التطور الخلوي وكيف تختلف الخلايا عند الكائنات المختلفة.
6- دراسة أساليب استنساخ الخلايا وتحرير الجينات واستخدامها في الأبحاث والتطبيقات الطبية.