מדענים הבחינו זמן רב במגוון הקיצוני של עולמנו ולכן הם החלו לחקור את הביטויים, המקור והתפוצה של כל צורות החיים על פני כדור הארץ. המדע החוקר את כל האורגניזמים החיים, תפקידיהם, מבנהם וסיווגם נקרא ביולוגיה. בנוסף, היא חוקרת את מערכת היחסים של עולם החי עם הדומם.
מאפיינים ייחודיים שיש רק לאורגניזמים חיים הם הבאים: רמה גבוהה ומורכבות של הארגון שלהם; לכל חלק יש משמעות משלו ופונקציות מסוימות; היכולת להשתמש, לחלץ ולהפוך את האנרגיה של הסביבה עבור חייהם; היכולת להגיב לגירויים חיצוניים ולשינויים סביבתיים. הם גם מותאמים היטב לבית הגידול שלהם (מפותחים תכונות הסתגלות); יכול להתרבות (להתרבות), להיות בעל תורשה ונטייה לשונות. בנוסף, הם מאופיינים בתהליכים אבולוציוניים, כתוצאה מהם נוצר מגוון כזה של יצורים חיים.
ישנן מספר רמות של ארגון חיים הנמצאות בכפיפות מורכבת זו לזו. המדרגה הנמוכה ביותר היאהקו המפריד בין אורגניזמים חיים לא-חיים והוא מבנה מולקולרי. לאחר מכן מגיעה הרמה התאית, שבה התאים והמאפיינים המבניים העיקריים זהים לכולם. רמת רקמה אורגנית מורכבת יותר חלה רק על אורגניזמים רב-תאיים, שבהם חלקי הגוף שנוצרו מתאי כבר התפתחו מספיק. השלב הבא הוא אורגניזם הוליסטי, לא משנה כמה היצורים כאן שונים, יש להם דבר אחד במשותף - כולם מורכבים מתאי.
בהמשך, כל מגוון החיים מסווג לפי עיקרון אחר. בביולוגיה, יש אפילו קטע שלם שנקרא סיסטמטיקה, שבו הם מתארים ומקבצים את כל היצורים. אז, הסיסטמטיקה של אורגניזמים חיים מחלקת אותם לפי צורת החיים לא-תאית (וירוסים) ותאית. האחרונים מחולקים עוד יותר ל: חיידקים פשוטים ומורכבים, צמחים, בעלי חיים ופטריות. כדי לבצע שיטתיות של כל העצמים הללו, יש לזהות אותם, ולשם כך נעשה שימוש במספר תכונות, הכוללות: תכונות מורפולוגיות, ביוכימיות, פיזיולוגיות ואחרות.
תשומת לב רבה בביולוגיה מוקדשת לחקר המבנה של יצורים חיים. הם מכילים הרבה רכיבים כימיים היוצרים תרכובות אורגניות ואי-אורגניות. היסודות הכימיים בתאים של אורגניזמים חיים מכילים אטומי פחמן, שהם סימן ההיכר של החיים. באופן כללי, מכל התרכובות האורגניות, רק כמה מחלקותחיוניים להתפתחות. אלה כוללים חומצות גרעין, חלבונים, שומנים ופחמימות. אורגניזמים חיים יכולים להכיל עד 70 מרכיבים של המערכת המחזורית של מנדלייב בתאים שלהם, אבל רק 24 כלולים כל הזמן בהרכבם (זרחן, אשלגן, גופרית, סידן, ברזל, מגנזיום, אבץ, אלומיניום, יוד וכו')
