• Синтетическая биология, синтез генов, управление свойствами живых систем.
• Геномика, протеомика, структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов, направленные воздействия на генетические структуры; биоинженерия, синтез биополимеров и синтетическая биология.
• Биотехнологии: генотерапия, клеточные технологии регенеративной медицины, нанобиотехнологии.
• Клиническая физиология, генетические основы персонализированной медицины, молекулярные основы иммунитета и онкогенеза.
• Экология организмов и сообществ, сообщества экстремофильных микроорганизмов, вирусные и бактериальные агенты в организме млекопитающих.

• Впервые синтезированы фосфорилгуанидиновые производные олигонуклеотидов (ФГО) — новый перспективный класс аналогов нуклеиновых кислот, который не был описан ранее. Это исследование является прямым продолжением работ новосибирских ученых Н.И.Гриневой и Д.Г.Кнорре, которые в 1967 г. выдвинули революционную концепцию терапевтических препаратов на основе олигонуклеотидов.
• Разработан первый в России противоопухолевый препарат, созданный на основе генно-модифицированного онколитического вируса (совместно с коллегами из ГНЦ ВБ «Вектор» и ООО «Онкостар»). Лекарственный препарат предназначен для терапии солидных опухолей, в частности, рака молочной железы. Оно создано на основе инактивированного рекомбинантного вируса осповакцины VV-GMCSF-Lact. VV-GMCSF-Lact содержит ген, который индуцирует в организме противоопухолевый иммунный ответ, и ген белка-убийцы раковых клеток. Прямых аналогов VV-GMCSF-Lact нет ни в России, ни за рубежом. В мае 2022 года стартовали клинические испытания препарата в Национальном медицинском исследовательском центре онкологии им. Н. Н. Петрова в Санкт-Петербурге.
• Созданы алгоритмы, обеспечивающие подбор олигонуклеотидов, имеющих оптимальные параметры для сборки в генные конструкции в условиях полимеразной циклической сборки (PCA). На основе разработанных алгоритмов подбора олигонуклеотидов создан совместно с ООО НЦИТ УНИПРО программный продукт «Geneсut», предоставляющий пользователю возможность дизайна и синтеза генных конструкций «с нуля».
• Разработан набор новых производных нуклеиновых кислот – фосфорамидидные азольные олигонуклеотиды (ФАО), которые обладают потенциалом для применения в качестве терапевтических нуклеиновых кислот и показали себя перспективными для применения в ПЦР диагностике. На примере выявления точечных мутаций в гене KRAS показана высокая достоверность и эффективность ПЦР анализа. Это позволит выбирать стратегию таргетной противораковой терапии.
• Разработаны тест-системы для выявления соматических мутаций при подборе наиболее эффективной противоопухолевой терапии. Тест-системы уже используются для анализа клинических образцов, успешно пройдя как внутрироссийские контроли качества, так и европейские. Благодаря высокой гибкости, разработанные тест-системы могут быть быстро адаптированы для исследования новых открываемых клинически значимых биомаркеров в опухолевой ткани.
• Созданы панели охарактеризованных бактериофагов, литический потенциал которых может быть использован для лечения пациентов с местными инфекциями, вызванными антибиотикорезистентными бактериями. Панели включают бактериофаги, способные поражать следующие патогенные микроорганизмы с множественной антибиотикорезистентностью, такими как золотистый стафилококк, энтеробактерии (E.coli, Enterobacter, Proteus и др.), клебсиеллы и др.

Разработана технология получения терапевтических белковых препаратов на основе антител. Создан не имеющий аналогов по эффективности препарат «Энцемаб» для экстренной профилактики и лечения вирусного клещевого энцефалита. Препарат представляет собой вируснейтрализующее «гуманизированное» антитело: иммуноглобулин человека с встроенным в него фрагментом из мышиного антитела, прочно связывающим вирус клещевого энцефалита.

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН сотрудничает с международными научными учреждениями и биотехнологическими компаниями. В разное время институт вел совместные исследования с научными организациями Великобритании (Университет Манчестера, Салфордский университет, Оксфордский университет), Германии (Институт экспериментальной терапии, Институт нейрогенетики Университета Любека, Вюрцбургский университет), Франции (Институт Гюстава Русси, Университет Эври, Университет Страсбурга, Национальный центр научных исследований, Национальный музей естественной истории), США (Йельский университет, Университет штата Нью-Йорк, Университет Западного Вашингтона), Японии (Университет Киндай, Институт передовых исследований в биомолекулярной инженерии, Университета Конан) и др.

С 2000 года на базе Института функционирует Центр коллективного пользования «Геномика» СО РАН — для обеспечения потребностей заказчиков как в стандартном определении последовательностей нуклеиновых кислот, так и в высокопроизводительном секвенировании (Next Generation Sequencing). В 2006 году создан отдел Центр новых медицинских технологий, в котором проходят апробацию новые медицинские разработки и технологии институтов СО РАН. В Институте работает 4 центра коллективного пользования, входящих в реестр «Научно-технологическая инфраструктура Российской Федерации», включая три биоресурсных коллекции, фонд которых активно используется при разработке биомедицинских и биотехнологических приложений.