化学与物理生物学研究部研究方向涵盖了合成生物学、合成化学、化学生物学、生物材料、物理生物学等多个研究领域。

合成生物学：本研究方向包括无细胞合成生物学、基因编辑、单细胞高通量生物学、天然产物合成生物学等领域。合成生物学紧密结合国家、上海市、临港国家实验室的科研战略布局，以解决健康和能源等关键问题为目标，致力于具有自主知识产权的新技术和新材料研究与开发。

合成化学：本研究方向包括天然产物全合成、不对称催化、金属有机化学、自由基化学、高分子化学、绿色化学等领域。合成化学通过开发原创性的分子合成与转化技术获得新型药物小分子、新材料、化工新工艺，为健康、能源与环境等重大问题提供具有可持续性的解决方案。

化学生物学：本研究方向包括生命大分子化学修饰与调控、生命大分子化学机制与分子进化、多肽化学修饰、药物靶标与新药研发等领域。以解决健康领域的关键问题为目标，以重大疾病防治需求为切入点，具有多学科交叉研究优势，生命调控新方法等方向开展了原创性方法学和技术研究。

生物材料：本研究方向包括天然材料、仿生材料、生物医用材料与器件等领域。以解决生物医学和人机交互的关键问题为目标，以智慧仿生、人工器官、外科修复、疾病诊断与治疗等需求为切入点，探索以材料优化设计的途径解决临床诊疗和人机协同的核心科学与技术难题。

细胞物理生物学：细胞物理生物学通过结合光学镊子、液相原子力显微镜、微流控芯片和单分子荧光成像，在单个细胞或者生命分子层次，研究活性物质的个体行为和集群运动的对称性、拓扑和统计物理规律，在机理上探索基于细胞分子马达的动力自组装，发展新型自混合材料。同细胞生物学不同，细胞物理生物学更关心普适的物理规律；同生物物理不同，细胞物理生物学对于新型活性材料的研发具有重要启示。