Área central para as atividades desenvolvidas no CBiot desde sua fundação, a Biologia Molecular consiste no estudo da estrutural e função de moléculas e sistemas macromoleculares, particularmente no fluxo de informação molecular em seres vivos a partir de seu material genético. Além de essencial na na produção comercial de Taq DNA-polimerase no Brasil nos anos de 1990 pelo CBiot, esta expertise nos permitiu integrar a Rede “Genolyptus: Rede Brasileira de Pesquisa do Genoma de Eucalyptus”, que incluiu 14 empresas do setor florestal e oito instituições de pesquisa brasileiras, e coordenaram o sequenciamento do transcritoma do eucalipto, resultando na publicação “The Genome of Eucalyptus grandis” da revista Nature, em 2014, e na pavimentação do desenvolvimento dos primeiros cultivares transgênicos de eucalipto. Somadas a estas contribuições, pesquisadores do CBiot têm atuado também no melhoramento de arroz, principalmente na biofortificação de suas sementes com ferro e zinco, e foram responsáveis pela produção das primeiras plantas de arroz geneticamente fortificadas no Rio Grande do Sul.
O emprego de técnicas de biologia molecular permitiu a pesquisadores do CBiot acumular sólida expertise em diversas áreas do conhecimento e aplicações. Por exemplo, nos possibilitou descrever de forma pioneira a patogênese de fungos filamentosos em carrapatos, constituindo-se em uma potencial ferramenta de controle biológico deste importante patógeno na pecuária brasileira e mundial. Por fim, de forma a estas pesquisas e potencializar novos avanços no futuro, o CBiot estabeleceu o Multi BioMol Lab - Laboratório Multiusuário de Biologia Molecular do Centro de Biotecnologia, amplamente equipado com infraestrutura necessária a estudos e desenvolvimentos de tecnologia no âmbito da biologia molecular, servindo ainda de suporte para as empresas incubadas na IECBiot.