З груп атомів утворюються молекули, а з останніх формуються складні хімічні сполуки, що розрізняються за будовою і функціями. Більшість цих сполук у клітинах представлено нуклеїновими кислотами та білками, макромолекули яких є полімерами, синтезованими в результаті утворення мономерів, і з'єднання останніх у певному порядку. Крім того, мономери макромолекул в межах одного і того ж з'єднання мають однакові хімічні угрупування і з'єднані за допомогою хімічних зв'язків між атомами їх неспецифічних частин (ділянок).

Всі макромолекули універсальні, оскільки побудовані по одному плану незалежно від їх видової приналежності. Будучи універсальними, вони одночасно і унікальні, бо їх структура неповторна. Наприклад, до складу нуклеотидів ДНК входить по одному азотистої основи з чотирьох відомих (аденін, гуанін, цитозин і тимін), внаслідок чого будь-який нуклеотид або будь-яка послідовність нуклеотидів в молекулах ДНК неповторні за своїм складом, так само як неповторна також і вторинна структура молекули ДНК. До складу більшості білків входить 100-500 амінокислот, але послідовності амінокислот у молекулах білків неповторні, що робить їх унікальними.

Об'єднуючись, макромолекули різних типів утворюють надмоле-кулярние структури, прикладами яких є нуклеопроте-Іди, що представляють собою комплекси нуклеїнових кислот і білків, ліпопротеїди (комплекси ліпідів і білків), рибосоми (комплекси нуклеїнових кислот і білків). У цих структурах комплекси пов'язані нековалентно, однак нековалентное зв'язування дуже специфічне. Біологічних макромолекул властиві безперервні перетворення, які забезпечуються хімічними реакціями, що каталізується ферментами. У цих реакціях ферменти перетворюють субстрат в продукт реакції протягом виключно короткого часу, який може становити кілька мілісекунд або навіть мікросекунд. Так, наприклад, час розкручування дволанцюжкової спіралі ДНК перед її реплікацією становить усього лише кілька мікросекунд.

Біологічна специфіка молекулярного рівня визначається функціональної специфічністю біологічних молекул. Наприклад, специфічність нуклеїнових кислот полягає в тому, що в них закодована генетична інформація про синтез білків. Цією властивістю не володіють інші біологічні молекули.

Специфічність білків визначається специфічною послідовністю амінокислот в їх молекулах. Ця послідовність визначає далі специфічні біологічні властивості білків, оскільки вони є основними структурними елементами клітин, каталізаторами і регуляторами різних процесів, що протікають в клітинах. Вуглеводи та ліпіди є найважливішими джерелами енергії, тоді як стероїди у вигляді стероїдних гормонів мають значення для регуляції ряду метаболічних процесів.

Специфіка біологічних макромолекул визначається також і тим, що процеси біосинтезу здійснюються в результаті одних і тих самих етапів метаболізму.