Die Forschung am Biozentrum umfasst ein breites Themenspektrum, wobei sich das starke Interesse an der molekularen Organisation lebender Organismen wie ein roter Faden durch all die Themen hindurchzieht. Zu den wichtigen Forschungsgebieten gehören die Struktur und Funktion von Makromolekülen, die Verschaltung von Steuerungskreisläufen sowie die allgemeinen Prinzipien, die komplexen biologischen Systemen und deren dynamischen Interaktionen zugrunde liegen.

Zurzeit konzentrieren sich die Forschungsgruppen am Biozentrum auf fünf Hauptgebiete: Zell- & Entwicklungsbiologie, Infektionsbiologie, Neurobiologie, Strukturbiologie & Biophysik und Computational & Systems Biology. Diese Forschungsschwerpunkte sind jedoch nicht streng voneinander getrennt, sondern bauen auf gemeinsamen Konzepten und Technologien auf. Ausserdem ergeben sich neue relevante Fragen häufig gerade an den Schnittstellen zwischen verschiedenen Bereichen, während dank den jeweiligen Kernkompetenzen innovative Lösungen gefunden werden können.

Die moderne Forschung ist in zunehmendem Mass auf hochkomplexe Technologien angewiesen, vor allem im Bereich der Genomik, Proteomik, Bildgebung und Datenanalyse. Um diese Herausforderung zu meistern, hat das Biozentrum mehrere sogenannte Technologie-Plattformen etabliert, die neue Entwicklungen z. B. auf dem Gebiet der Elektronen- und Lichtmikroskopie, Proteomik, FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting) und Research-IT abdecken. Einige weitere Technologie-Plattformen (Mikroarray-Technologie, Quantitative Genomics Facility) teilt sich das Biozentrum mit anderen Forschungsinstituten der Region.