Termi “biomolekyyli” viittaa laajaan molekyylikategoriaan, joka kattaa kaikki aineet, jotka on tuotettu organismin biologisissa prosesseissa. Näitä molekyylejä ovat mm. Nukleiinihapot, proteiinit ja sakkaridit. Biomolekyylit muodostavat kaikkien elävien olentojen ruumiit ja ovat niiden elossa pitävien kemiallisten prosessien syitä ja tuotteita.
On olemassa valtava määrä erilaisia biomolekyylejä, jotka vaihtelevat pienistä muutaman atomin molekyyleistä valtaviin, monimutkaisiin rakenteisiin, joita kutsutaan makromolekyyleiksi ja jotka voivat sisältää tuhansia tai jopa miljoonia atomeja. Jotkut biomolekyylityypit ovat molekyylistandardien mukaan erittäin suuria. Tämän tekee mahdolliseksi yksi hiilen ominaisuuksista, elementti, johon kaikki tunnettu elämä perustuu. Hiiliatomit voivat liittyä toisiinsa pitkiin toistuviin ketjuihin muiden ketjuun kiinnittyneiden atomien tai atomiryhmien kanssa muodostaen erittäin pitkiä molekyylejä, joita kutsutaan polymeereiksi. Nämä polymeerit voivat koostua satoista yksittäisistä rakenneyksiköistä, jotka on ketjutettu yhteen, ja ne voivat myös jakautua useisiin haaroihin tai sitoutua kemiallisesti muihin polymeeriketjuihin valtavien rakenteiden muodostamiseksi.
Yksi yleisimmistä ja tärkeimmistä biomolekyyleistä on nimeltään proteiini, ryhmä makromolekyylejä, jotka ovat välttämättömiä biologisille prosesseille kaikissa elämänmuodoissa. Ne koostuvat pienempien biomolekyylien ketjuista, joita kutsutaan aminohapoiksi. Erilaiset proteiinityypit palvelevat erilaisia toimintoja, kuten kemiallisten viestien kuljettamista solusta soluun, solujen pitämistä rakenteiden muodostamista ja katalysointia kemiallisista reaktioista, jotka ohjaavat organismin aineenvaihduntaa erikoistuneiden proteiinien kautta.
Toista biomolekyyliryhmää kutsutaan lipideiksi, luokkaan, joka sisältää aineita, kuten steroleja, luonnonvahoja ja glyseridejä, joista tunnetuimpia kutsutaan rasvoiksi. Lipidit ovat yleensä pienempiä kuin proteiinit, vaikka ne voivat silti sisältää kymmeniä hiiliatomeja pitkiä polymeeriketjuja. Lipidit ovat tärkeitä solurakenteen ylläpitämisessä, koska suurin osa kunkin solun solukalvosta on tehty niistä, ja ne ovat myös eräänlainen energian varastointi.
Sakkaridit, joita kutsutaan myös hiilihydraateiksi, ovat eräänlainen biomolekyyli, joka sisältää vain hiiltä, vetyä ja happea. Kahta sakkaridiryhmää, joita kutsutaan monosakkarideiksi ja disakkarideiksi, kutsutaan yleisesti sokereiksi. Sakkaridimolekyylit ovat toinen tärkeä energia -aineiden ryhmä, ne ovat mukana monissa aineenvaihduntaprosesseissa ja niitä käytetään joidenkin organismien rakenteellisina tukina, etenkin selluloosan muodossa kasveissa.
Nukleotidit ovat biomolekyyliluokka, joka on valmistettu sakkarideista, jotka on sitoutunut fosfaattiryhmään, ja yksi monista mahdollisista nukleoemästyypeistä, typpipohjainen biomolekyyli. Tuloksena olevat yhdisteet sisältävät kofaktoriksi kutsuttuja molekyylejä, jotka auttavat proteiineja katalysoimaan aineenvaihdunnan kemiallisia reaktioita ja tärkeitä solun signalointimolekyylejä. Nukleotidit ovat myös ribonukleiinihapon (RNA) ja deoksiribonukleiinihapon (DNA) ensisijaisia komponentteja, mikä tekee niistä yhden elämän perustavanlaatuisimmista rakennuspalikoista. Elävien olentojen geneettinen tieto on koodattu erityyppisten nukleoemästen järjestykseen pitkiä nukleotidiketjuja pitkin, jotka muodostavat DNA: n ja hallitsevat sen toimintaa, jolloin nukleotidit ovat perinnöllisyyden perusta.
Kaikki organismit eivät pysty tuottamaan kaikkia tarvitsemiaan biomolekyylejä itse. Organismeja, jotka voivat syntetisoida tarvitsemansa biomolekyylit ympäristön elottomasta aineesta, kuten kasveista, levistä ja joistakin bakteerimuodoista, kutsutaan autotrofeiksi. Organismit, jotka eivät voi tehdä tätä itse, kutsutaan heterotrofeiksi, ovat riippuvaisia omassa kehossaan syntetisoitujen molekyylien ja muiden biomolekyylien yhdistelmästä, joka nautitaan syömällä muita organismeja, jotka sisältävät aineita, joita heterotrofi ei tuota itse. Tähän luokkaan kuuluvat eläimet, sienet ja jotkut yksisoluiset organismit.