Przemysł biotechnologiczny opiera się na wykorzystywaniu organizmów, chemikaliów lub procesów z nauk przyrodniczych do celów komercyjnych. W niektórych przypadkach oznacza to opracowanie produktu końcowego z tych biologicznych źródeł; w innych oznacza to wykorzystanie składników biologicznych w celu usprawnienia procesów, w których powstają produkty niebiologiczne. W jeszcze innych przypadkach firmy z branży biotechnologicznej wykorzystują komponenty biologiczne do opracowywania nowych procesów, a nie produktów. Biotechnologia ma wiele różnych zastosowań, ale najbardziej widoczne są w dziedzinie medycyny, żywności i paliw.
Jednym z najbardziej dochodowych i znaczących obszarów zainteresowania przemysłu biotechnologicznego jest zdrowie człowieka i medycyna. Jednym ze wspólnych celów w medycynie jest rozwój „medycyny spersonalizowanej” poprzez dostosowywanie leczenia specjalnie do pacjentów, a nie tylko do ich chorób. Wiąże się to z opracowywaniem technologii umożliwiających poznanie budowy genetycznej danej osoby i opracowanie bardziej zniuansowanych metod diagnostycznych. Na większą skalę niektóre firmy z branży biotechnologicznej pracują nad ograniczeniem lub zapobieganiem rozprzestrzenianiu się choroby poprzez opracowanie skutecznych szczepionek lub znalezienie metod neutralizacji czynników rozprzestrzeniających chorobę. Wiele firm farmaceutycznych działa również w branży biotechnologicznej i stara się wykorzystywać składniki i procesy biologiczne w opracowywaniu i produkcji leków.
Przemysł biotechnologiczny odgrywa również ważną rolę w zwalczaniu głodu na świecie oraz w opracowywaniu sztucznie zdrowej, genetycznie zmienionej żywności. Metody stosowane w biotechnologii można wykorzystać na przykład do tworzenia upraw mniej podatnych na uszkodzenia powodowane przez owady lub takich, które mogą przetrwać w stosunkowo niegościnnych środowiskach. Jednym ze wspólnych celów firm działających w tej dziedzinie przemysłu biotechnologicznego jest radykalne zmniejszenie zapotrzebowania na pestycydy i inne zabiegi chemiczne dla upraw. Biotechnologowie mogą również zaprojektować rośliny tak, aby zawierały więcej witamin i innych składników odżywczych. Jest to ważne na obszarach, na których naturalnie brakuje żywności zawierającej niezbędne składniki odżywcze.
Paliwo jest kolejnym lukratywnym i ważnym obszarem zainteresowania przemysłu biotechnologicznego, ponieważ paliwo jest zużywane na ogromną skalę na całym świecie. Skupienie się na paliwie często ma na celu zmniejszenie uzależnienia świata od paliw kopalnych, ponieważ podaż takich paliw jest ograniczona i przyczyniają się one w znacznym stopniu do światowego zanieczyszczenia. Biotechnologowie pracują na przykład nad opracowaniem spalających się w sposób czysty „biopaliw” z obfitych źródeł biologicznych. Niektórzy pracują również nad opracowaniem paliw z różnych chemicznych produktów odpadowych, aby jednocześnie stawić czoła ogromnemu zapotrzebowaniu na paliwo i problemowi utylizacji odpadów.