合成基因组： 酵母基因组是首次被完整合成的真核基因组，银河galaxy亦曾参与SC2.0合成生物学项目；合成的细菌与病毒基因组，可应用到基因治疗或药物靶向的安全载体、疫苗研发等。

代谢/通路工程：应用代谢工程可以高效生产肽、蛋白质、精细化学品及其它具有工业用途的生物分子。优化的遗传通路能够编码自然产生或新的代谢途径，引入大肠杆菌等表达系统中，可以获得大量所需的制品。

天然产品的开发：研究极端环境下的微生物，是发现大自然有用生物分子的途径之一。许多极端微生物的基因组已经测序，揭示了新基因簇可以整合到常规模式生物中来表达新型酶或调控整个代谢通路。这些酶纯化后可作医疗或其它用途，或在工业应用中发挥更大的作用，或在酶工程应用中产生预期的酶特性。

环境微生物学/生物修复：利用基因合成与代谢工程的手段改造微生物，使其能够检测并降解土壤、空气和水中的环境污染物。合成生物学也被用于开发害虫和杂草控制的农业可持续方法，以此提高干旱或贫瘠条件下的作物产量，减少杀虫剂使用及除草剂带来的环境后果，同时解决全球粮食安全问题。

工业微生物：工业微生物为能源问题提供了新的解决方案：如将废物转化成生物燃料，减少人类对化石燃料的依赖。创造了更清洁燃料的同时，也减少碳排放及改善空气质量。